identifier: Sola, M. (2011). Caractérisation de matériaux composites à structure sandwich comportant des modifications.  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les modifications de structures sandwichs sont courantes dans l'industrie aéronautique. Ce projet s'est concentré sur l'étude des propriétés mécaniques de structures sandwichs ayant subit des modifications de trois natures différentes. Tout d'abord les propriétés de poutres sandwichs avec un noyau en nid d'abeille ont été analysées lorsque des discontinuités sont présentes dans le noyau. Ces discontinuités ont lieu lorsque deux pièces distinctes de nid d'abeille sont utilisées bout à bout pour former le noyau d'un même sandwich. Elles peuvent se retrouver lors de la fabrication de grandes pièces mais leur impact sur les propriétés en flexion est peu connu. Deux configurations ont été étudiées : des discontinuités sans espacement et avec 2 mm d'espacement. Des essais de flexion quatre points ont été réalisés afin d'étudier le comportement de telles poutres lorsque la discontinuité est située dans la zone en cisaillement. Pour les discontinuités étudiées, les modifications sur la rigidité sont négligeables et le mode de rupture des poutres est inchangé. Cependant, la résistance en flexion est légèrement plus faible. Par la suite, des panneaux chanfreinés comportant des discontinuités ont été testés en flexion quatre points et des comportements similaires ont été observés. La rigidité des structures n'est pas modifiée pour de petits défauts ou pour des défauts de grande taille si ces derniers sont peu nombreux. La rupture se produit sur le chanfrein pour tous les panneaux. La rigidité d'un panneau comportant de nombreuses discontinuités de grandes tailles est plus faible et la rupture se produit à un chargement moins élevé. La seconde modification étudiée consiste en l'intégration d'un matériau viscoélastique dans les peaux de poutres sandwichs. Ce type de traitement est fréquemment utilisé dans l'industrie pour amortir les vibrations des matériaux composites mais peu d'études traitent de leur impact sur les propriétés mécaniques. Tout d'abord, le module d'Young des peaux est investigué puis comparé à des peaux intégrant des matériaux viscoélastiques. On constate que l'insertion de matériau viscoélastique dans les peaux ne modifie pas le module d'Young des peaux. Par la suite, des poutres sandwichs comportant des inserts dans les peaux sont testées en flexion trois points. La position longitudinale des inserts est différente pour chaque poutre. Deux modes de rupture ont été observés en fonction de la position des inserts. Lorsque les inserts sont placés sous le poinçon de chargement, la peau supérieure subit une compression et le noyau rompt en compression. Dans tous les autres cas, la défaillance se produit par une rupture en cisaillement du noyau. La rigidité des poutres ainsi que leur résistance sont très peu altérées par la présence des inserts.  ABSTRACT: Modifications of sandwich structures are fairly common in the aeronautic industry. This project focused on the study of mechanical properties of sandwich structures that underwent modifications. First, properties of sandwich beams with discontinuities in the honeycomb core were analyzed. Those discontinuities can be found in the manufacturing of large parts but their impact on flexural properties is not well documented. Two sizes of discontinuities have been studied: discontinuities without a gap and with a 2 mm gap. Four point bending tests were carried out in order to study the behaviour of such beams when the discontinuity is located in the shearing area. For small discontinuities, the change in stiffness is negligible and the failure mode is unchanged. However the flexural strength is lower. Chamfered panels with discontinuities in the core were also tested in four point bending and similar behaviour was observed. The structural stiffness is unchanged for discontinuities without a gap and for discontinuities with a gap as long as there are only a few. Failure occurs on the chamfer for all panels. The stiffness and flexural strength are lower for a panel with many gap discontinuities than for panels with few or no gap discontinuities. The second studied modification consists in the integration of a viscoelastic material in the skins of sandwich beams. This treatment is frequently used in the industry in order to damp the vibration of composite materials but few studies focus on their impact on mechanical properties. First, the Young's modulus of skins was studied and compared to skins with viscoelastic inserts. The insertion of viscoelastic material in the skin was found to leave the Young modulus unchanged. Subsequently, sandwich beams with inserts in skins were tested in three point bending. The longitudinal position of inserts was different for each beam. Two failure modes were observed with regards to the position of inserts. When inserts are located under the loading bar, the upper skin undergoes compression and the core fails in compression. In all other cases, the core fails in shear. Beams stiffness and flexural strength remain almost unchanged with inserts. The location of failure was not dependent upon the position of inserts. However, the maximum load at failure tended to be lower when inserts were located near the loading bar. Complex stress state near the loading bar explained this phenomenon. The third study focused on the modifications that viscoelastic materials (as seen in former study) undergo when they are included in composite materials manufacturing.


identifier: de Montaignac de Chauvance, R. (2011). Analyse du comportement d'éléments fléchis en béton renforcé de fibres métalliques: Du matériau à la structure  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

type:
Mémoire ou thèse
NonPeerReviewed

abstract: RÉSUMÉ: L'utilisation des bétons renforcés de fibres (BRF) à titre de renforcement structural nécessite la connaissance du comportement post-fissuration du matériau. Cette thèse passe en revue les différentes méthodes et analyses utilisées pour la détermination de la résistance à la traction des BRF. L'étude se base sur un programme expérimental comprenant cinq mélanges de BRF avec des volumes de fibres variant de 0.75% à 1.25%. Ces matériaux ont servi à fabriquer les spécimens pour les essais de traction uniaxiale, de flexion sur poutre entaillée et sur dalle circulaire. Les résultats des essais de caractérisation permettent de comparer le comportement σ−w obtenu directement à partir de l'essai de traction uniaxiale avec ceux obtenus par analyse inverse des essais de flexion. La variabilité des résultats dépend notamment de l'orientation des fibres, de la taille de la section fissurée et de la présence d'une entaille. Un modèle de calcul, basé sur des hypothèses simples et communément admises, est proposé pour l'analyse et le dimensionnement d'éléments en BRF soumis à des efforts de flexion. De manière à évaluer le modèle, une large campagne expérimentale est menée. Elle comprend des essais de flexion sur 19 poutres rectangulaires et deux poutres en Té, fabriquées avec les cinq mélanges de BRF. La contribution des fibres aux différentes phases du comportement en flexion est décrite. La capacité du modèle analytique à prédire le comportement M-wmax, en conditions limites d'utilisation et de service, est vérifiée à l'aide des résultats expérimentaux. Les écarts observés peuvent être liés à la variabilité de la résistance à la traction des BRF et à la différence d'orientation des fibres entre les poutres et les spécimens de caractérisation. Une approche de dimensionnement réaliste est finalement proposée pour des poutres en ‘T' soumises à des moments positifs et négatifs. Par la suite, le comportement en flexion des BRF est étudié par la méthode des éléments finis. D'une part, la modélisation d'essais de flexion sur poutre entaillée et sur dalle circulaire normalisés est réalisée. La qualité des résultats comparés aux résultats expérimentaux permet de valider les hypothèses utilisées dans l'analyse inverse pour déterminer la loi contrainte-ouverture du matériau. L'effet de l'orientation des fibres, la procédure d'essai et la validité des essais normalisés sont discutés.  ABSTRACT: Utilization of steel fibre reinforced concrete (SFRC) for carrying loads in structural applications requires knowledge of the post-cracking tensile response. Furthermore, applications in loadcarrying structural members have yet to gain wide acceptance in design codes. This is partly explained by the lack of a unified design philosophy adapted to this material. This thesis reviews the experimental characterization tests and subsequent analysis commonly used for determining the post-cracking tensile properties of SFRC. The experimental program supporting this investigation comprised five different SFRC mixes with fibre volumes ranging from 0.75% to 1.25% used to fabricate a set of characterization specimens for uniaxial tensile tests, notched beam tests and round panel tests. In parallel, an extensive experimental program was conducted on large scale beams: 21 rectangular and T-beams of various sizes produced with the same material. Characterization test results allowed a comparison between direct stress-crack opening measurements and the stress-crack openings retrieved from the inverse analysis of bending tests. Result discrepancies are analyzed and related mainly to test configurations, the presence of a predefined crack, support conditions, fibre orientation, and cracked surface size. Results obtained using material characterization tests are then applied to the reproduction of the structural behaviour of large scale beams. A model based on simple and widely accepted assumptions was proposed for the analysis and the design of SFRC members subjected to bending moments. The contribution of fibres at different loading phases in bending is described in detail. The accuracy of the analytical model to predict maximum crack opening applicable in service conditions and the ultimate flexural strength are compared to experimental measurements. Discrepancies observed are related to the dispersion of the material properties and the difference of fibre orientation in beams and characterization specimens. Finally, the proposed design approach is applied to the design of a realistic T-beam subjected to positive and negative bending moments.


identifier: Manneh, R. (2011). Évaluation de l'incertitude lors du développement de la fraction prise pour la détermination des impacts sur la santé humaine dans le cadre de l'analyse du cycle de vie  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'analyse du cycle de vie (ACV) est un outil pour évaluer l'impact potentiel d'un produit, service ou procédé sur l'environnement et ce, tout au long de son cycle de vie. La 3e phase de l'ACV à savoir l'évaluation des impacts du cycle de vie (AICV) sert, entre autres, à classifier les impacts environnementaux potentiels en catégories d'impact. La présente thèse s'attarde sur la catégorie d'impact « toxicité humaine » : pour cette catégorie, les impacts sont évalués par le biais d'une fraction prise (iF) et d'un facteur d'effet. L'iF est la fraction d'un contaminant qui est émise et éventuellement prise par toute la population. Elle tient compte du devenir et de l'exposition au polluant. La fraction prise est souvent prédite en utilisant des modèles multimédia de devenir et à multiples voies d'exposition. En ACV, la gestion des incertitudes des impacts sur la santé humaine et plus spécifiquement sur la fraction prise s'avère être une problématique importante. Les sources d'incertitude de l'iF sont : l'incertitude des paramètres intrants (variabilité naturelle spatiale et temporelle des paramètres utilisés et incertitude des données mesurées), du modèle de prédiction utilisé et du scénario de décision sélectionné. À signaler que cette thèse porte sur l'incertitude des paramètres intrants dans un modèle multimédia de devenir et d'exposition, pour des émissions au Canada. Son objectif général s'énonce comme suit : Évaluer l'incertitude des paramètres de devenir et d'exposition utilisés pour déterminer la fraction prise lors de l'évaluation des impacts sur la santé humaine. Pour atteindre cet objectif, il est ainsi nécessaire de franchir les 3 sous-objectifs suivants: • de déterminer et comparer la variabilité spatiale de l'iF pour trois résolutions spatiales; • de déterminer la contribution des paramètres de devenir et d'exposition à l'incertitude de la fraction prise, selon le contaminant émis dans l'environnement; • de déterminer et comparer la variabilité saisonnière de la fraction prise pour deux saisons d'émission. En ce qui concerne l'incertitude causée par la variabilité naturelle spatiale, elle provient du fait que les paramètres de devenir et d'exposition varient en fonction de la région d'émission. Cependant, la résolution spatiale requise pour déterminer les impacts sur la santé humaine n'est toujours pas déterminée. Bien que la méthode canadienne d'évaluation des impacts LUCAS supposait une régionalisation basée sur la résolution spatiale des écozones canadiennes, cette résolution spatiale n'est peut-être pas la plus appropriée pour évaluer les impacts sur la santé humaine, surtout lorsqu'il s'agit de déterminer le transport d'un contaminant dans l'eau. À cet effet, trois résolutions spatiales ont été testées pour des émissions d'un set représentatif de substances organiques: les écozones (15 régions), les provinces et territoires (13 régions) ainsi que les sous-bassins versants (172 régions). Le set de substances choisi inclut des composés ayant des propriétés physico-chimiques représentatives des propriétés des composés organiques. Ainsi, des données de devenir et d'exposition (données géographiques, météorologiques, démographiques et hydrologiques) ont-elles été recherchées et gérées par un système d'information géographique donnant lieu, de la sorte, à la création de 3 modèles multimédia de devenir et d'exposition spécifiques aux 3 résolutions spatiales considérées et basés sur le cadre conceptuel du modèle IMPACT 2002. Une zone « air » a été définie selon le nombre de mailles d'air superposant le Canada, à savoir 538 mailles, pour tenir compte du transport des contaminants dans l'air. Les fractions prises ont été calculées pour des émissions dans l'eau et  l'air et ont été, ensuite, comparées au sein et entre chaque résolution spatiale. Ainsi, pour chaque contaminant et pour des émissions dans l'eau, 15 fractions prises ont-elles été calculées pour les écozones, 13 pour les provinces/territoires et 172 pour les sous-bassins versants. Pour des émissions dans l'air et pour chaque contaminant, 538 fractions prises ont été calculées pour chacune des résolutions spatiales. Les résultats ont montré que, pour des émissions dans l'air et pour des substances persistantes dans l'air et dominées par la voie d'exposition de l'inhalation (substances ayant un temps de demi-vie dans l'air et une constante d'Henry élevés), les 3 modèles voire même un modèle générique pouvaient être utilisés. Pour des émissions dans l'eau et pour des contaminants ayant une faible constante d'Henry et un temps de demi-vie dans l'eau relativement long (p.ex. l'acéphate ou le bénomyl), la résolution des sous-bassins versants s'est révélée être la plus appropriée. En effet, une variabilité spatiale plus large a été observée lorsque le modèle basé sur cette résolution est utilisé (10 ordres de magnitude) par rapport aux modèles basés sur les écozones et les provinces/territoires. Ces deux dernières résolutions spatiales ne permettraient pas une différenciation spatiale appropriée des paramètres importants de devenir et d'exposition, comme le temps de résidence dans l'eau.  L'incertitude de l'iF peut aussi être causée par les erreurs dans les données de devenir et d'exposition mesurées. Un modèle multimédia et à multiples voies d'exposition implique la connaissance et l'utilisation de plusieurs paramètres intrants. Afin de calculer l'iF, le modèle IMPACT 2002 utilisé pour le développement des fractions prises consiste en 11 propriétés physico-chimiques ainsi qu'en 105 paramètres de devenir et d'exposition. Par contre, les paramètres intrants peuvent ne pas contribuer de la même manière à l'incertitude de l'iF. De plus, selon la substance émise dans l'environnement, les paramètres contribuant à l'incertitude peuvent être différents. En combinant l'incertitude avec la sensibilité, une analyse d'importance permet de déterminer les majeures sources d'incertitude. Les substances organiques incluses dans l'Inventaire National des Rejets de Polluants d'Environnement Canada ainsi que celles incluses dans le set utilisé pour déterminer la variabilité spatiale ont été considérées. Les distributions statistiques des propriétés physico-chimiques de ces substances et des paramètres de devenir et d'exposition ont d'abord été déterminées à l'aide du test statistique de Kolmogorov-Smirnov. Ensuite, l'analyse d'importance a pu être réalisée pour des émissions dans l'air, l'eau et le sol. En effectuant, par la suite, une analyse topologique sur les résultats d'importance, il a été possible de regrouper les composés chimiques selon les paramètres les plus importants. Pour les trois types d'émissions (air, eau et sol), 3 groupes ont été identifiés, composés chacun de différentes substances organiques. Pour une émission dans l'air, les paramètres intrants qui contribuent le plus à l'incertitude de l'iF étaient le taux de précipitations, les temps de demi-vie dans l'air et l'eau, la superficie du sol et le coefficient de partition octanol-eau. Pour une émission d'un polluant dans l'eau, les paramètres les plus importants étaient la constante d'Henry, les temps de demi-vie dans l'air et l'eau ainsi que le coefficient de partition octanol-eau. Pour une émission dans le sol, ce sont le taux de précipitations, le temps de demi-vie dans l'eau, la constante d'Henry ainsi que le coefficient de partition octanol-eau qui contribuent le plus à l'incertitude de l'iF. Selon le type d'émission et de contaminant (voies d'exposition et propriétés de partition environnementales), les résultats ont permis d'indiquer les paramètres qu'il faudrait évaluer d'une manière plus précise lors de la détermination de la fraction prise. Quant à la variabilité saisonnière de la fraction prise, elle est causée par la variation en fonction de la saison d'émission des paramètres intrants dans un modèle multimédia et à multiples voies d'exposition. Par exemple, les valeurs de température, du taux de précipitations ainsi que des propriétés physico-chimiques comme les coefficients de partition diffèrent selon les saisons. Seuls les paramètres les plus importants selon l'analyse d'importance décrite plus haut ont été variés avec les saisons d'été et d'hiver. La température, le taux de précipitation, le coefficient de partition octanol-eau, la constante d'Henry et les valeurs de demi-vie dans l'air et dans l'eau ont été calculés, de la sorte, pour les conditions d'été et d'hiver. La température et le taux de précipitation ont été recherchés à l'aide de base de données d'Environnement Canada. Le coefficient de partition octanol-eau et la constante d'Henry pour les saisons d'été et d'hiver ont été évalués en utilisant l'intégration de l'équation de Van't Hoff. Les valeurs de demi-vie dans l'air et dans l'eau ont été calculées en posant l'hypothèse que le taux de dégradation doublait avec chaque augmentation de la température de 10°C. Par la suite, 2 modèles spécifiques aux saisons d'été et d'hiver ont été créés à partir de la version canadienne du modèle IMPACT 2002 qui présuppose une température de 25°C. Pour certaines émissions dans l'air et l'eau, les résultats ont montré que l'iF calculée pour la saison d'hiver était jusqu'à un ou deux ordres de grandeur supérieure à celle calculée pour une température de 25°C. Par ailleurs, les fractions prises pour l'été et l'hiver ont aussi été calculées pour un contexte global avec le modèle multimédia USEtox qui a été développé sur la base d'un consensus entre les différents modèles multimédia existants. Ainsi, ceci a-t-il permis de déterminer la variabilité saisonnière, non seulement pour le contexte canadien mais aussi pour le contexte global. Les résultats ont indiqué que la variabilité saisonnière était plus importante au niveau d'un pays comme le Canada où l'on observe des conditions climatiques extrêmes entre l'été et l'hiver, qu'au niveau global. Par contre, comme l'ordre des substances demeurait le même avec le changement de saison d'émission, ceci permet de conclure que la variabilité saisonnière n'est pas nécessaire dans un contexte comparatif d'ACV. Cette variabilité peut toutefois être importante lorsque les impacts pour la catégorie « toxicité humaine » sont comparés avec ceux d'autres catégories d'impact affectant la santé humaine. Cette thèse a permis de développer une approche pour identifier l'incertitude de la fraction prise provenant des paramètres de devenir et d'exposition entrant en jeu dans un modèle multimédia. Dans certains cas, cette incertitude peut être réduite par l'utilisation d'un modèle spatialisé ou encore d'un modèle spécifique à la saison d'émission. De plus, il y a été montré que, selon le contaminant émis et le compartiment d'émission, l'incertitude de l'iF ne provient pas des mêmes paramètres de devenir et d'exposition.  ABSTRACT: Life cycle assessment (LCA) is a tool used to evaluate the potential impacts that a product, service or process has on the environment over its entire life cycle. One of the purposes of the 3rd phase of LCA, life cycle impact assessment (LCIA), is to classify the potential environmental impacts according to impact categories. This thesis focuses on the “human toxicity” impact category: for this category, the impacts are evaluated as a combination of an intake fraction (iF) and an effect factor. The iF is the fraction of a release that will ultimately be taken in by the entire population. It takes into account the fate of and the exposure to the pollutant. The intake fraction is often calculated using multimedia and multi-pathways fate and exposure models. In LCA, the uncertainty of the human health potential impacts and, more specifically the intake fraction, is an important issue. The sources of uncertainty of the iF are: natural spatial and temporal variability and parameter uncertainty as well as model and scenario uncertainty. This thesis focuses on parameter uncertainty and the natural spatial and temporal variability of the input parameters used in a fate and exposure model for Canadian emission scenarios. Its main objective is to: Evaluate the uncertainty of fate and exposure parameters used to determine the intake fraction when assessing human health potential impacts. In order to achieve this objective, it is important to: • determine and compare the spatial variability of the iF for three resolution scales; • determine the contribution of the fate and exposure parameters to the uncertainty of the iF, depending on the chemical released in the environment; • determine and compare the seasonal variability of the iF for two seasons of emission. The natural spatial variability is caused by the variability of the fate and exposure parameters as a function of the region of emission. However, the spatial resolution needed to evaluate the potential impacts on human health is still undetermined. The Canadian LCIA methodology LUCAS assumed a regionalization based on the ecozones spatial resolution, which may not be appropriate to evaluate the human health potential impacts especially when it comes to determining contaminant transport in water. Therefore, 3 spatial resolutions were tested for emissions of a set of organic chemicals: the ecozones (15 regions), the provinces and territories (13 regions) and the subwatersheds (172 regions). A set of chemicals was chosen to best represent the variability of physico-chemical properties of organic chemicals. Fate and exposure parameters (geographical, meteorological, demographic and hydrological data) were determined and managed using a geographic information system, in order to create 3 multimedia and multi-pathways fate and exposure models that are specific to the 3 spatial resolutions considered and based on the IMPACT 2002 model framework. An “air” zone was defined including the 538 air cells covering Canada to take into account the transport of contaminants in air. The intake fractions were calculated for air and water emissions and were then compared within and across each spatial resolution considered. Therefore, for each contaminant and for water emissions, 15 intake fractions were calculated for the ecozones, 13 for the provinces/territories and 172 for the subwatersheds. For air emissions and for each contaminant, 538 intake fractions were calculated for each spatial resolution. Results indicated that, for air emissions and for chemicals that were persistent in air and inhalation dominant (i.e. chemicals having high half-life in air and Henry's constant), the 3 models and even a nonspatial one could be used. For water emissions and for chemicals having a low Henry's constant and a relatively high half-life in water (e.g. acephate or benomyl), the subwatersheds resolution was the most appropriate. Indeed, the spatial variability was much higher when using this resolution (up to 10 orders of magnitude), compared to the ecozones or provinces/territories models. These two spatial resolutions did not allow a high discriminating power for important fate and exposure parameters, such as the residence time in water.  The uncertainty of iF can also be caused by errors in the measurement of fate and exposure parameters. A multimedia and multi-pathways fate and exposure model involves the knowledge and use of many input parameters. In order to calculate the iF, the IMPACT 2002 model used to determine the intake fractions includes 11 physico-chemical properties as well as 105 fate and exposure parameters. However, these input parameters do not necessarily have the same contribution to the iF uncertainty. Furthermore, depending on the chemical release in the environment, the input parameters contributing to the uncertainty can be different. The combination of sensitivity and uncertainty into an importance analysis allows determining the major sources of uncertainty. The organic chemicals included in the National Pollutant Release Inventory from Environment Canada and those included in the set used to determine the spatial variability were considered. First, the statistical distributions of the physico-chemical properties of these chemicals and of the fate and exposure parameters were determined using the Kolmogorov-Smirnov statistical test. The importance analysis was then performed for air, water and soil emissions. A statistical cluster analysis was conducted on the importance analysis results in order to group chemicals depending on the most important input parameters. For the three emission scenarios (air, water and soil), 3 groups were identified, each including different organic chemicals. For air emissions, the input parameters that contributed the most to the iF uncertainty were the rainfall rate, half-life values in air and water, area of soil compartment and the octanol-water partition coefficient. For a chemical release into water, the most important parameters were the Henry's constant, half-life values in air and water and the octanol-water partition coefficient. For an emission into soil, it was the rainfall rate, half-life value in water, Henry's constant and octanol-water partition coefficient that contributed the most to the uncertainty of the iF. Depending on the release compartment and chemical properties (dominant exposure pathways and environmental partitioning), results revealed the parameters that should be evaluated in a more accurate manner when assessing the intake fraction. The seasonal variability of the intake fraction is caused by the variation of the input parameters used in a multimedia and multi-pathways model as a function of the season of emission. For instance, the temperature, rainfall rate as well as physico-chemical properties such as partition coefficients can vary with seasons. Only the parameters found to be the most important following the importance analysis were varied with the summer and winter seasons. Hence, the temperature, rainfall rate, octanol-water partition coefficient, Henry's constant and half-lives in air and water were calculated for summer and winter conditions. The temperature and rainfall rate were determined from Environment Canada. The octanol-water partition coefficient and Henry's constant for summer and winter seasons were evaluated using an integration of the Van't Hoff equation. The half-life values in air and water were calculated assuming that the degradation rate coefficient doubles with every 10ºC increase in temperature. Two season-specific models for summer and winter seasons were then created based on the Canadian nonspatial version of the IMPACT 2002 model that assumes a default temperature of 25ºC. For some emissions into air and water, results indicated that the iF calculated for winter was up to one or two orders of magnitude higher than the one calculated for 25ºC. In addition, the intake fractions for summer and winter were also calculated for the global context using the USEtox multimedia model that was developed based on a consensus between different existing multimedia models. This allowed determining seasonal variability for both the Canadian and global contexts. Results indicated that seasonal variability was more important for a country such as Canada where extreme conditions are observed between summer and winter conditions. Because the ranking between chemicals was maintained as the season of emission changed, it can be concluded that seasonal variability is not relevant within a comparative context such as LCA. However, this difference is expected to be significant when comparing the magnitude of human toxicity impacts with other impact categories contributing to human health damages. This thesis allowed developing an approach to identify the uncertainty of the intake fraction caused by the fate and exposure parameters used in a multimedia model. In some cases, this uncertainty can be reduced by using a spatially or seasonally-differentiated model. Furthermore, this thesis indicated that, depending on the chemical released and the emission compartment, the uncertainty of the iF does not arise from the same fate and exposure parameters.


identifier: Méndez Portillo, L. S. (2011). Free-Radical Polymerization of Polystyrene Using Microreaction Technology  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract:
La technologie de microréaction chimique est un sous domaine de l'ingénierie des procédés qui se concentre sur l'étude des réactions chimiques réalisées à l'intérieur de systèmes miniaturisés communément appelé microréacteurs.
Les microréacteurs sont essentiellement des mélangeurs statiques miniaturisés fonctionnant en mode continu pour écoulements entraînés par la pression. Ils peuvent être constitués d'un ou plusieurs microcanaux parallèles de longueurs différentes de l'ordre des micromètres. Les microréacteurs se différencient fortement des réacteurs de synthèse traditionnels par plusieurs caractéristiques clés reliés à l'intensification des procédés telles que des plus élevés gradients de concentration et température, et une réduction du temps de mélange, une capacité de transfert de chaleur plus élevé, une augmentation de la surface d'échange surface/volume, etc. Les microréacteurs attirent de ce fait de plus en plus l'attention de la communauté scientifique qui y voit l'opportunité d'accéder à des voies de synthèse jusqu'alors inaccessibles dans les réacteurs classiques.
Il existe actuellement de nombreux microréacteurs disponibles commercialement conçus pour atteindre des conditions de haute pression et température. Ces microréacteurs peuvent être produits en masse par des techniques de fabrication de pointe. Par conséquent, de nouvelles applications sont envisagées afin de les utiliser comme outils de production alternatifs dans différents domaines de l'ingénierie. Un exemple serait l'utilisation de cette technologie pour la production de polymères. Les avantages présentés par les microréacteurs en termes de contrôle de température et conditions de mélange sont non négligeables lorsque l'on considère les réactions de polymérisation, généralement fortement exothermiques et extrêmement sensibles en termes de mélange des réactifs. Malgré cela, la technologie de microréaction n'a été que très peu utilisée dans les processus de polymérisation en continu.
Pour faire l'évaluation du vrai potentiel de ce type de technologie la caractérisation hydrodynamique du microréacteur est une étape essentielle. Dans ce contexte, la distribution du temps de séjour (DTS) est un outil majeur pour caractériser l'hydrodynamique d'un réacteur chimique quelque soit l'échelle. La DTS renseigne sur le comportement d'un écoulement, sur les processus de mélange et leur interaction avec la cinétique des réactions survenant à l'intérieur d'un réacteur. Le temps passé par une molécule sous les conditions de réaction dans un système aura une incidence sur la probabilité de cette dernière de réagir. De ce fait, la mesure, l'interprétation et la modélisation de la DTS sont des aspects importants pour la prédiction de la composition finale d'un système impliquant une réaction chimique.
On note toutefois, que dans la plupart des cas sur la technologie de microréaction, l'étape de caractérisation a été menée sur des équipements de laboratoire destinés à des fins de visualisation et non conçus pour l'opération dans des conditions de haute pression et température. Seuls quelques rapports expérimentaux existent sur la caractérisation des unités commerciales de microréaction et les informations sur leur utilisation en tant que réacteur de polymérisation sont rares. On comprend de ce fait pourquoi des études de faisabilité sont nécessaires afin de déterminer dans quelle mesure la technologie de microréaction peut être appliquée pour les réactions polymérisation. Pour de telles applications, la distribution du débit total dans chacun des microcanaux peut affecter le transfert de chaleur et l'efficacité du mélange modifiant les conditions de réactions pendant la polymérisation, jouant ainsi rôle sur les propriétés finales du produit.
L'objectif général de ce projet est d'évaluer la faisabilité d'utiliser la technologie de microréaction pour la production en mode continu de polymère tout en développant une meilleure compréhension de l'écoulement et des caractéristiques de mélange pour la conception de microréacteur le plus performant. La réaction de polymérisation du monomère styrène en utilisant des initiateurs de peroxyde sera utilisée comme système de réaction. La méthodologie de ce projet est planifiée pour s'adresser à l'hydrodynamique et à la performance du mélange, à la capacité de transfert de chaleur et au niveau de conversion de polymères obtenus dans deux microréacteurs ayant des mécanismes de micromélange différents et des échangeurs de chaleur intégrés. Les mécanismes de mélange considérés sont le mécanisme de division-et-recombinaison d'écoulements (SAR par ses sigles an anglais: split-and-recombination), et la subdivision d'écoulement par des structures interdigitaux; et ce qui sont les deux principes de mélange les plus fréquemment utilisés pour les microréacteurs commerciaux.
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Microreaction technology is presently a well established subfield of the chemical microprocess
engineering that focuses on the study of chemical reactions conducted inside of the structured
channels of miniaturized flow vessels commonly referred as microreactors.
Microreactors are essentially miniaturized static mixers that operate in continuous mode under
pressure driven flow. They can be composed of single or multiple parallel microchannels of
different lengths with typical cross sections in the micrometer range. The gradients of the
physical properties of a material are increased when its linear dimensions are reduced and some
of theses gradients, e.g. temperature and concentration, are particularly important for the control
of chemical engineering processes. Consequently, microreaction technology has drawn great
attention from the process engineering community during the last decades due to their theoretical
benefits in terms of transport phenomena and due to their new envelope of reaction conditions
otherwise inaccessible in macroscopic equipment.
Presently, there is a large repertoire of commercially available microreactors designed and built
for mechanical robust operation which can be mass produced by state-of-the-art manufacturing
techniques. Therefore, new applications are being sought for existing microreaction equipment
trying to incorporate them as alternative production tools into different fields of engineering. In
this context polymer reaction engineering applications could fully exploit the benefits of
microreaction conditions in terms of temperature control and fast mixing since polymerization
reactions are usually highly exothermic and extremely sensitive to the level of mixing of the
reactants. Nevertheless microreaction technology has not been extensively applied in continuous
polymerization processes.
Residence time distribution (RTD) theory is a major tool for reactor characterization at any scale
level that provides substantial insight of flow behavior and mixing processes and their interaction
with the kinetics of reactions occurring inside a flow vessel. The time a molecule spends under
reaction conditions in a reactive system will affect its probability of reacting; therefore the
measurement, interpretation and modeling of RTD are important aspects for the prediction of the
final composition of the system.
However, for the most part such type of characterization has been conducted on laboratory
equipment intended for visualization purposes and not for more demanding operating conditions.
Only few experimental reports exist on the characterization of commercial microreaction units
and information about their capabilities as polymerization reactors is not available at all. In this
context feasibility studies are necessary in order to determine the extent of applicability of
microtechnology in the polymer reaction engineering field. For such applications, the flow
distribution in microchannel networks can affect the heat transfer and mixing efficiency at the
microscale modifying the working conditions accessible during polymerization which will
consequently affect the final properties of the product.
The general objective of this project is to test the feasibility of individual microreaction units to
be used for continuous polymer production and to develop a better understanding of the flow and
mixing characteristics of specific microreactor commercial designs. The peroxide initiated
polymerization of styrene monomer will be used as reaction system. The methodology of this
project is structured as to address the hydrodynamic and mixing performance, the heat transfer
capabilities and the level of conversion of polymer achieved on two microreactors featuring
different micromixing mechanisms with integrated heat exchangers. The mixing mechanisms
considered are the split-and-recombination (SAR) mechanism and the multilamination of flow by
means of interdigital structures which are two mixing principles most frequently featured by
commercial microreactors.


identifier: Parent, É. (2011). Génération d'itinéraires de passagers dans un réseau de transport aérien  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'optimisation des opérations liées au domaine du transport aérien vise à réduire les coûts d'exploitation et à maximiser les revenus. La réduction des coûts peut être améliorée par la résolution de divers problèmes reliés à l'affectation des ressources comme la rotation des équipages par exemple. Les revenus peuvent être évalués par une approximation des ventes de billets et du positionnement par rapport à la concurrence et aussi grâce à la valeur ajoutée au service. Dans le transport aérien, l'évaluation des revenus issus de la vente de billets est faite grâce à des modèles de flots de passagers. Ces modèles servent à déterminer de quelle manière un réseau de transport pourra fournir le service de transport à d'éventuels passagers et quels seront les niveaux d'achalandage des différents vols; des niveaux élevés pourraient indiquer qu'une offre de service est insuffisante et suggérer aux planificateurs qu'une modification à l'horaire des vols soit requise ou qu'un type d'avion capable de transporter beaucoup de passagers est nécessaire pour suffire à la demande. Mais pour fonctionner, un modèle de flots de passagers requiert de connaître des itinéraires que les passagers sont susceptibles d'emprunter. L'objet des présents travaux de recherche porte sur des méthodes d'énumération d'un ensemble d'itinéraires de passagers. Deux méthodes d'énumération sont présentées, toutes deux faisant appel une approximation utilisée pour accélérer les calculs en limitant le nombre d'itinéraires générés. La première méthode se base sur un modèle mathématique fort répandu dans le domaine de l'optimisation des réseaux de transport: un réseau espace-temps. On y applique une variante de l'algorithme classique de recherche en profondeur (\emph{depth-first search}). La seconde méthode est de nature combinatoire et ne requiert aucun modèle mathématique particulier mais fait appel à des structures de données accessoires afin de produire des combinaisons rapidement. Dans chaque cas, des variantes sont utilisées visant à améliorer le temps de calcul par une heuristique. L'heuristique utilisée est l'information relative aux bornes inférieures de temps entre chaque paire $(O,D)$ où $O$ est une origine et $D$ une destination pour lesquelles on souhaite trouver des itinéraires. Dans un premier temps, les bornes sont calculées \emph{a   priori} et dans un second temps, elles sont mises à jour dynamiquement par une technique de relaxation. Les techniques d'optimisation des réseaux de transport sont telles que les sous-problèmes, comme la rotation de personnel ou la confection d'un horaire des vols par exemple, soient résolus de manière itérative. Ainsi, des améliorations successives peuvent être apportées aux solutions de chacun de ces sous-problèmes jusqu'à l'obtention d'une solution globale jugée satisfaisante dans son ensemble. L'énumération d'itinéraires de passagers dépend d'un horaire de vols et doit être mise à jour dès lors qu'une modification y est apportée. Or ces modifications sont souvent faites localement, c'est-à-dire que seuls quelques vols sont modifiés, souvent n'affectant que quelques régions géographiques particulières. Il est donc intéressant de procéder uniquement aux re-calculs nécessaires et d'éviter les calculs redondants. La seconde méthode décrite ci-haut, dans sa version dynamique, sera mise à contribution dans de telles conditions.  ABSTRACT: Commercial airlines optimization aims at reducing costs and maximizing revenues. The cost reduction can be improved by solving various resource allocation problems such as crew pairing problem. The increase in revenues can be estimated by approximating passenger ticket sales, value-added services to customers compared to competition. In air transportation networks, passenger flow models are used for evaluating revenues from passenger ticket sales. Such models are useful for determining how the network will provide services to customers and what are the occupation levels on each flight. High levels of occupation could indicate that a service offer is insufficient. This, in turn, could suggest to the planner that a flight schedule modification is needed or that reviewing the type of aircraft assigned to satisfy the demand is needed. However, to function well, the passenger flow model requires a set of passenger itineraries in input. The objective of this masters thesis is to present and compare methods for enumerating a set of passenger itineraries. Two methods are introduced, both of them using a heuristic for accelerating computations by limiting the number of itineraries being generated that are not suitable from the passengers point of view. The heuristic in use is a lower bound on the travel time between each pair (O,D) of airports, O being an origin and D a destination. The first method uses a mathematical model vastly used in transportation networks optimization, a space-time network. We proceed with a modified version of a classical algorithm on graphs, the depth-first search. The second method is a combinatorial approach, leaves aside the need for the mathematical model used by the first method and only uses intermediate data structures for the fast retrieval of subsets of itineraries, which depends on the combinations to be evaluated. In each case, an alternate version is also implemented in regards to the computing of the heuristic's information In the original version of the two algorithms mentioned above, the heuristic is computed as a pre-treatment and values are obtained by a shortest-path algorithm whereas the heuristic is being updated dynamically in the alternate version by use of a relaxation technique. Actual optimization techniques in use for transportation networks are such that sub-problems, like crew assignment or flight scheduling for instance, are resolved in an iterative process. This leads to successively improving each solution of the sub-problems up to a point where a global, satisfying solution is found. The passenger route enumeration depends on the flight schedule and the resulting set needs to be updated whenever the schedule is modified. However, these modifications are often made locally, meaning that only a limited number of the passenger itineraries are being affected by the modifications. This, in turn, means that only a few geographical regions are being concerned. It is therefore interesting to proceed by performing only local recomputations, avoiding useless recomputations. And the second method described above, in its dynamic version, is being tested in such conditions.


identifier: Éthier, M.-P. (2011). Évaluation du comportement géochimique en conditions normale et froides de différents stériles présents sur le site de la mine Raglan  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les stériles miniers sont des rejets solides produits en grande quantité par l'industrie minière et sont habituellement entreposés en surface sur les sites miniers sur des haldes à stériles. Des minéraux présents dans ces rejets peuvent réagir avec l'eau et l'air et contaminer l'eau de drainage des haldes et, par le fait même, les milieux récepteurs. Ce type de contamination peut produire un drainage acide ou neutre; on parlera alors soit de drainage minier acide (DMA) ou de drainage neutre contaminé (DNC). À la mine Raglan, propriété d'Xstrata Nickel, les eaux de drainage des haldes à stériles ont parfois des pH et des concentrations en nickel ne respectant pas les normes gouvernementales et nécessitent un traitement avant d'être rejetées à l'environnement. La mine Raglan est située dans la région du Nunavik, Québec (62°N) et exploite un gisement de nickel-cuivre depuis 1998. Les stériles y sont entreposés dans des haldes durant les opérations avant d'être éventuellement enfouis en remblai rocheux dans les anciennes galeries des mines souterraines ou encore servir de matériaux de remblayage des fosses. Le concept de restauration est basé sur l'intégration des stériles au pergélisol, ce qui devrait permettre de limiter l'oxydation des sulfures et la génération de drainage contaminé. À la mine Raglan, la profondeur du pergélisol est de près de 600 mètres et sa température minimale est de -6,9°C. Présentement, à la mine, tous les types de stériles sont regroupés (aucune sélection sur le site) et entreposés nonobstant leur potentiel de contamination. Une étude antérieure nous indique cependant que les stériles éloignés du gisement (roche mère ne contenant pas de minerai, qui lui est réactif) pourraient ne pas avoir de potentiel de contamination (Bussière, Plante, Bouzahzah et Benzaazoua, 2008). Si ces types de roches étaient inertes, la gestion des stériles sur le site pourrait être optimisée pour réduire l'empreinte environnementale des stériles problématiques. Le but de ce projet est de caractériser le comportement géochimique de stériles dont la minéralogie n'est pas influencée par le gisement, en conditions normale (de laboratoire) et froides. On vise à mieux connaître les phénomènes impliqués dans la génération ou l'atténuation d'une éventuelle contamination et l'effet de la température sur ceux-ci. Pour ce faire, sept échantillons de géologies et de provenances différentes ont été sélectionnés sur le site.  ABSTRACT: Mine wastes are solid wastes produced in large quantity by the mining industry. They are usually stored in piles at the ground surface. Some minerals in the waste rocks can react with water and atmospheric oxygen and contaminate the drainage water of the piles. This type of contamination can produce a neutral or an acidic drainage, which are known as contaminated neutral drainage (CND) or acid mine drainage (AMD). At the Raglan mine, property of Xstrata Nickel, the pH and nickel concentrations of the drainage water of the waste rock piles sometimes exceed regulation criteria, and the water has to be treated before being released into the environment. The Raglan mine is located in Nunavik, Québec (62°N), and exploits a nickel-copper deposit since 1998. At this site, waste rocks are temporarily stored in piles during the operations before eventually being used as rockfill in underground stopes, or as filling material in open pits. The rehabilitation concept is based on the integration of the waste rocks into the permafrost to limit sulphide oxidation and contamination of the drainage water. At the Raglan mine, the permafrost is approximately 600 meters deep and has a minimum temperature of -6.9°C. Presently, the waste rocks are all grouped (no segregation at the site) and stored without considering their contamination potential. However, a former study indicated that the waste rocks far from the deposit (rock with no reactive ore) could have a low contamination potential (Bussière, Plante, Bouzahzah, and Benzaazoua, 2008). If these waste rock types are inert, the waste rock management on site could be modified to reduce the risk of contaminant generation in the mine water. The objective of this project is to characterize the geochemical behaviour of different waste rock types, with no mineralogical influence of the deposit, in normal (laboratory) and cold conditions. We aim at improving our knowledge concerning the phenomena involved in the generation or attenuation of an eventual water contamination, and to evaluate the influence of temperature on these phenomena. To do so, seven samples of representative waste rock were selected, each of them representing a different geology. Kinetic and oxygen consumption column tests were performed on the samples (70 kg) at normal temperature to determine the contamination potential of the waste rocks. Other tests at smaller scale, in weathering cells (67 g), were performed to assess the effect of temperature on their geochemical behaviour. This test is more aggressive than the column test and therefore allows better observing geochemical changes.


identifier: Alfaro Cepeda, C. B. (2011). Évaluation de l'influence des incertitudes du coefficient de frottement sur la robustesse des résultats des simulations numériques de la disponibilité d'habitat du poisson  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les différentes utilisations des ressources hydriques impliquent des modifications au régime hydrologique de même que des conditions abiotiques qui y sont associées. Le développement d'outils de recherche perfectionnés et la compilation de données historiques ont favorisé l'évaluation de la disponibilité de l'habitat du poisson en relation aux diverses modifications menées sur les régimes hydrologiques. Les décisions des autorités compétentes, généralement sensibles à la protection des écosystèmes aquatiques dans leur processus d'assentiment à tout nouveau projet ou infrastructure modifiant le régime hydrologique d'un cours d'eau, reposent, entre autres, sur des simulations de la disponibilité de l'habitat du poisson. Une des difficultés inhérentes à l'application de cette approche réside dans l'étalonnage des modèles numériques d'écoulement. En effet, dans le cadre des études de détermination de régime de débit réservé, une question fréquemment soulevées porte sur la représentativité des résultats de simulation de la disponibilité d'habitat en raison des contrainte à procéder à l'étalonnage du modèle d'écoulement en utilisant des données mesurées à des débits significativement plus élevés que les débits réservés qu'il estenvisagé de maintenir. Le présent travail de recherche vise à évaluer l'influence des incertitudes du coefficient de frottement dans le cadre des simulations numériques de la disponibilité d'habitat du poisson. L'appréciation de la robustesse des résultats de ces simulations par rapport aux incertitudes liées à l'attribution des coefficients de rugosité a été effectuée en simulant les conditions d'écoulement et de disponibilités d'habitat pour une large gamme de débits susceptibles d'être observés dans le secteur d'étude, soit le Rhône au droit de la centrale nucléaire Bugey en France.  ABSTRACT: The different uses of water resources involve changes in hydrological regime as well as in the abiotic conditions associated therewith. The development of sophisticated search tools and compilation of historical data have supported the assessment of the availability of fish habitat in relation to the various modifications carried out on the water regimes. The competent Authorities, usually sensitive to the protection of aquatic ecosystems in their assent process for any project changing a stream flow, have made their decision on the basis, among others, on the simulations of the availability of fish habitat. The inherent difficulties in the application of such approach lie in the calibration of numerical models. Indeed, an issue raising frequent concerns in studies for determining minimum flow regime is the representativeness of the simulation results of the availability of habitat due to calibrate constraint in the flow model using measured data at rates significantly higher than the minimum flow intended to be maintained. This research work aims to evaluate the influence of uncertainties in the friction coefficient in numerical simulations of the availability of fish habitat. The assessment of the simulation result robustness in relation with the uncertainties assigned to the roughness coefficients was performed by simulating flow conditions and availability of habitat for a wide range of flows likely to be observed at the study site, specifically at the French Bugey nuclear power plant on the Rhône River. The methodology is formulated around the evaluation of the roughness coefficients for different measures available hydrodynamic flows and the simulations of habitat availability versus flow from different numerical models developed during calibration phase. Ultimately, the strategy is completed by the comparison and interpretation of results of the variation in the availability of fish habitats as a function of the flow (curve weighted usable area) and the spatial distribution of habitat quality indices. This approach was applied to two species with distinct habitat preferences, or barbel and roach. The simulations were performed using a two-dimensional hydrodynamic model.


identifier: Carre, C. (2011). Étude de faisabilité du recyclage de l'uranium de retraitement en réacteur à eau lourde  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les réacteurs a eau lourde (PHWR) ont la particularité de pouvoir fonctionner avec de l'uranium naturel (Unat) non enrichi (dont la teneur en U-235 est de 0.7% environ), contrairement aux réacteurs a eau légère (LWR) qui nécessitent un combustible enrichi en U-235 a plus de 3.5%. Cette particularité a rendu possible la synergie entre les LWR et PHWR, l'idée étant que le combustible irradié dans les LWR contiendrait encore une proportion suffisante de matière fissile pour être utilisé dans les PHWR, dans un second cycle du combustible. Dans cette étude, menée dans le cadre d'un stage chez AREVA, nous portons plus spécifiquement notre intérêt sur l'uranium de retraitement (URT), issu du cycle du combustible des réacteurs a eau légère, et a la possibilité de recycler ce dernier dans les PHWR (le modèle de PHWR étudié est le CANDU 6). L'objectif est de réaliser une étude de sensibilité pour comparer le comportement des différents combustibles URT en PHWR vis-a-vis des principaux paramètres neutroniques. Dans un premier temps on réalise une bibliographie sur la physique des réacteurs a eau lourde afin d'identifier les paramètres pertinents a étudier pour statuer sur la faisabilité du recyclage de l'URT dans les PHWR. Par la suite, on construit un modèle neutronique du PHWR a l'aide des codes de calcul de cellule et de coeur DRAGON et DONJON Version 4. L'étude de sensibilité consiste d'abord a établir une formule d'équivalence énergétique généralisée pour l'URT dans le PHWR, permettant d'associer un URT (connaissant sa composition isotopique) a un combustible issu d'Unat équivalent énergétiquement. Cette formule est issue de la comparaison de calculs de cours moyennes dans le temps pour divers combustibles. Dans un deuxième temps on cherche a quantifier l'impact de l'URT sur les paramètres de sûreté du réacteur a eau lourde, a partir de calculs de cellule et de coeur.  ABSTRACT: Pressurised Heavy Water Reactors (PHWR) can use natural uranium fuel (\Unat", whose U-235 concentration is 0.7114%) without enrichment, whereas Light Water Reactors (LWR)need a more than 3.5% enriched uranium fuel. This specificity enables \synergy" between LWR and PHWR, giving that irradiate fuel from LWR still contents enough fissile materials to be reused in PHWR, in a second fuel cycle. This study, part of an internship with AREVA (France), focuses on the feasibility of recycling Reprocessed Uranium (URT), which is a product from backend LWR cycle, in PHWR. The type of PHWR considered in this work is the CANDU 6. The objective is to perform a sensitivity analysis to compare several types of URT about their efficiency in PHWR, according to the main neutronic parameters. First, a bibliography on PHWR physics is done so as to determine pertinent parameters to study in order to conclude about the feasibility of recycling URT in PHWR. Then, a complete calculation scheme of PHWR is computed with lattice and full-core codes DRAGON and DONJON Version 4. The sensitivity analysis consists, on the one hand, in determining an energetic equivalence law for URT in PHWR, which associates a URT fuel (knowing its isotopy) with an equivalent (enriched) Unat fuel. This law is established by comparing core calculation for dierent fuels, with the Time Average method. On the other hand, safety parameters are computed for various fuels (URT or Unat) in order to quantify the impact of URT isotopes on PHWR's safety. The calculation of the safety parameters uses both lattice and core calculation scheme.


identifier: Laflamme-Mayer, N. (2011). Conception d'un plot reconfigurable pour un réseau de distribution de puissance à l'échelle de la tranche en technologie CMOS  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: De nos jours, les systèmes électroniques sont d'une complexité croissante où de nombreuses contraintes, autant techniques qu'économiques sont en jeux. La demande pour des circuits de puissance et de taille réduite, tout en conservant ou en améliorant les performances, est retentissante et ce tout en respectant des échéanciers cruciaux de mise en marché. De nombreux efforts ont déjà été déployés afin de réduire le temps ainsi que les coûts de conception, de prototypage et de déverminage de systèmes électroniques complexes, mais aucune solution proposée jusqu'à ce jour n'a su s'imposer pour traiter efficacement tous ces problèmes. Le travail de ce mémoire a pour objectif la mise en œuvre d'un circuit intégré destiné à servir de plot configurable pour une plateforme de prototypage rapide de systèmes électroniques. Cette plateforme se veut un outil pour concevoir des systèmes électroniques complexes, pour ensuite les tester et les déverminer, le tout dans un temps raccourci. Où plusieurs mois étaient requis, quelques jours sont maintenant suffisants. Le plot proposé sera photo-répété sur toute la surface d'une tranche de silicium au nombre de 1.3M et peut être configuré en source de tension régulée pour des valeurs typiques de 1.0, 1.5, 1.8, 2.0, 2.5 et 3.3 V, constituant ainsi un réseau de distribution de puissance très dense. Afin de propager un signal numérique provenant d'un réseau d'interconnexions de la plateforme de prototypage, ce même plot, à entrée et sortie unique, peut également être programmé en sortie numérique pour les mêmes niveaux de tension énumérés précédemment, ou bien en entrée numérique pour n'importe quelle valeur de 1.0 à 3.3 V. Finalement, ce même point d'accès doit également pouvoir se comporter en masse ou en haute impédance et posséder un système de détection de contact entre plots voisins.  ABSTRACT: Nowadays, electronic systems integrate increasingly complex technical and economical constraints. The demand for less power hungry and smaller circuits, while offering improved performances, is crucial as much as time to market. There have been previous efforts to overcome the design, prototyping and debugging costs of high-end electronics systems, but none has succeeded in all the areas needed to revolutionize system design, prototyping and debugging. Our main objective, in this master thesis, is the implementation of integrated circuits dedicated to a platform for rapid prototyping of digital systems. The main purpose of this platform is to offer systems designers a tool to help designing, testing and debugging complex electronic systems in a shorter time frame. Where months where previously needed, days are now required. A programmable pad is presented, pad that will be photo-repeated by a number of up to 1.3 M times and can be configured in different output configurations. The first one is a power distribution network consisting of a very dense array of voltage regulators able to supply standard levels of 1.0, 1.5, 1.8, 2.0, 2.5 and 3.3 V. The propagation of digital signals from an interconnection network must be asserted by the same output of the proposed pad. It can be programmed as a digital output of the same standard voltage levels or as an input that complies with any signal varying from 1.0 to 3.3 V. Finally, the same access point can also be configured as a ground or floating node and possesses a contact detection circuitry to detect any short-circuits with its neighbour. The first contribution of this master's thesis consists of integrating multiple functions such as programmable voltage regulation and digital input/output into a common output. The second major contribution is the reduction of the needed silicon area and quiescent current by many orders of magnitude while offering better or equal performances regarding the hierarchical voltage regulator.


identifier: Pedroni, L. (2011). Étude expérimentale et numérique de la sédimentation et de la consolidation des boues de traitement des eaux acides  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Des grandes quantités de rejets sont générées par l'industrie minière. Un grand défi pour cette industrie est le développement et l'application de techniques efficaces pour la gestion de ces rejets afin de les entreposer de façon adéquate. A cet égard, les boues de traitement des eaux de drainage minier acide (DMA) engendrent des défis particuliers car elles contiennent une importante concentration de substances polluantes qu'il faut stabiliser afin de protéger l'environnement. Des bassins d'entreposage doivent être conçus à cette fin. Toutefois, il y a peu d'information disponible sur le comportement de ces boues. Une bonne caractérisation des propriétés des boues de traitement du DMA lors de leur mise en place dans les bassins, durant les phases de sédimentation et de consolidation, est requise pour optimiser la conception des bassins et la stratégie de remplissage. Peu de travaux ont été menés sur ces aspects du comportement de telles boues. Cependant, le comportement de matériaux avec des caractéristiques plus ou moins semblables (i.e. constitués de particules fines et avec des teneurs en eau très élevées), a été étudié d'un point de vue théorique et expérimental. Ces informations tirées de la littérature sur la sédimentation et la consolidation de suspensions de très faible de densité a servi de point de départ à ce projet de recherche. La détermination des caractéristiques des boues de traitement des eaux acides a nécessité la mise au point d'essais de caractérisation physique. Un dispositif expérimental, développé préalablement à l'École Polytechnique de Montréal par Dromer et al. (2004), a été modifié pour améliorer la qualité des données expérimentales relatives à la réponse des boues suite à leur déposition dans une colonne instrumentée de grande dimension. Les changements apportés au montage et aux procédures d'essais ont permis d'accroitre la précision des mesures, et d'obtenir des caractéristiques plus représentatives, notamment en appliquant un chargement de nature hydraulique (plutôt que mécanique) durant la phase de consolidation. Une base de données de résultats expérimentaux a ainsi été construite suite à une série d'essais de laboratoire sur les boues de traitement, et sur une suspension de kaolin (utilisée pour valider certains résultats).  ABSTRACT: The mining industry generates large quantities of waste materials. The development and implementation of effective methods for storing and managing these materials represent a major challenge for the mining industry. Sludge from the water treatment of acid mine drainage (AMD) presents such a challenge because they contain a high concentration of pollutants which must be stabilized to protect the environment. Storage ponds have to be designed for this purpose. However, there is little information available about sludge behaviour. A good characterization of the properties of AMD treatment sludge during sedimentation and consolidation is required to optimize ponds design and filling strategy. Little work has been done on these aspects of the behaviour of sludge. Nonetheless, the behaviour of materials with more or less similar characteristics (i.e. consisting of fine particles with very high water content) has already been studied both theoretically and experimentally. This information on sedimentation and consolidation of very low density suspensions (taken from the literature) was used as the starting point for this research project. The characterization of sludge from acid water treatment required the development of physical characterization tests. An experimental setup, developed previously at École Polytechnique de Montreal by Dromer et al. (2004), was modified to improve the quality of experimental data obtained on the treatment sludge after deposition in an instrumented large size column. Changes made to the experimental device and to the testing procedures increased the accuracy of measurements and lead to a more representative characterisation of the physical properties of the sludge. These changes included the use of hydraulic loading, rather than mechanical loading, during the consolidation phase. A database of experimental results was built from the laboratory tests on the AMD treatment sludge and on a suspension of kaolin (used to validate some of the results). These results were analysed to obtain parameters (never measured on AMD treatment sludge) and new constitutive relations which characterize their behaviour. Further analyses were then carried out using numerical simulations. Additional tests (more conventional) completed the characterization of the sludge.


identifier: Ouattara, D. (2011). Étude des propriétés rhéologiques de résidus miniers densifiés  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'industrie minière connaît ces dernières années un essor mondial exceptionnel consécutif à l'évolution des cours mondiaux des métaux. Le niveau élevé des prix des métaux a favorisé l'exploitation de gisements à faible teneur en métaux souvent restés inexploités à cause des conjonctures économiques défavorables. Toutefois, la mise en exploitation de gisements miniers à faible teneur de coupure est à l'origine de la production d'importante quantité de rejets solides, liquides et gazeux. Cela est attribuable au fait que pour obtenir une même quantité appréciable de substances utiles, les gisements à faible teneur nécessitent l'extraction et le traitement de quantités plus importantes de minerais que dans le cas de gisements à forte teneur. Ces grandes quantités de rejets issues de cette industrie doivent être gérées de manière responsable. En raison des exigences environnementales de plus en plus restrictives, l'industrie minière est obligée d'améliorer de manière constante ses pratiques de gestion de ses rejets. La recherche entreprise dans le domaine de l'environnement minier ces dernières décennies a conduit à la mise en place de techniques de gestion efficaces de réduction, voire d'élimination, de certains impacts néfastes. Dans le registre de la gestion efficace, on peut citer l'avènement des techniques de densification en réponse aux problèmes de grande taille des parcs à résidus et aux risques de rupture des digues de retenue. Cette technique consiste à accroître le pourcentage solide des résidus en procédant à un retrait d'eau grâce à des épaississeurs de grandes performances et de filtres. Par conséquent, cette technique permet d'améliorer les caractéristiques hydrogéotechniques des résidus tout en permettant un recyclage important de l'eau, ce qui constitue un avantage réel surtout dans les régions à climat aride ou glacial. En fonction des pourcentages de solides des résidus densifiés produits, on distingue les résidus épaissis ayant un pourcentage de solides supérieur à 50% et inférieur à 70%, les résidus en pâte dont le pourcentage de solides est compris entre 70% et 85% et les résidus filtrés présentant un pourcentage de solides très élevé, supérieur à 85%. Notons que les résidus à l'état de pâte peuvent être utilisés dans les remblais cimentés en pâte et servir au remblayage des excavations dans les exploitations souterraines.  ABSTRACT: ABSTRACT RÉSUMÉ L'industrie minière connaît ces dernières années un essor mondial exceptionnel consécutif à l'évolution des cours mondiaux des métaux. Le niveau élevé des prix des métaux a favorisé l'exploitation de gisements à faible teneur en métaux souvent restés inexploités à cause des conjonctures économiques défavorables. Toutefois, la mise en exploitation de gisements miniers à faible teneur de coupure est à l'origine de la production d'importante quantité de rejets solides, liquides et gazeux. Cela est attribuable au fait que pour obtenir une même quantité appréciable de substances utiles, les gisements à faible teneur nécessitent l'extraction et le traitement de quantités plus importantes de minerais que dans le cas de gisements à forte teneur. Ces grandes quantités de rejets issues de cette industrie doivent être gérées de manière responsable. En raison des exigences environnementales de plus en plus restrictives, l'industrie minière est obligée d'améliorer de manière constante ses pratiques de gestion de ses rejets. La recherche entreprise dans le domaine de l'environnement minier ces dernières décennies a conduit à la mise en place de techniques de gestion efficaces de réduction, voire d'élimination, de certains impacts néfastes. Dans le registre de la gestion efficace, on peut citer l'avènement des techniques de densification en réponse aux problèmes de grande taille des parcs à résidus et aux risques de rupture des digues de retenue. Cette technique consiste à accroître le pourcentage solide des résidus en procédant à un retrait d'eau grâce à des épaississeurs de grandes performances et de filtres. Par conséquent, cette technique permet d'améliorer les caractéristiques hydrogéotechniques des résidus tout en permettant un recyclage important de l'eau, ce qui constitue un avantage réel surtout dans les régions à climat aride ou glacial. En fonction des pourcentages de solides des résidus densifiés produits, on distingue les résidus épaissis ayant un pourcentage de solides supérieur à 50% et inférieur à 70%, les résidus en pâte dont le pourcentage de solides est compris entre 70% et 85% et les résidus filtrés présentant un pourcentage de solides très élevé, supérieur à 85%. Notons que les résidus à l'état de pâte peuvent être utilisés dans les remblais cimentés en pâte et servir au remblayage des excavations dans les exploitations souterraines.


identifier: Toueg, B. (2011). Modélisation des effets d'historique dans un réacteur à eau pressurisée  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les codes de physique des réacteurs DRAGON4 et DONJON4, respectivement dédié à l'étude neutronique des réseaux et des cours entiers, ont été conçus par l'Institut de Génie Nucléaire (IGN) pour simuler des CANDU et des Advanced CANDU Reactor. Le code DRAGON4 peut, en théorie, s'appliquer aux Réacteurs à Eau légère Pressurisée (REP) mais le code DONJON4 requiert un réacteur de type CANDU et doit être adapté pour traité les REP. La physique des REP est differente de celle des réacteurs CANDU. La présence d'eau légère, la géométrie, le type de combustible ainsi que le type de rechargement affectent le comportement du réacteur lorsque certains de ses paramètres sont modifiés. Électricité de France (EDF), dont le parc nucléaire est consititué de REPs, a sollicité la création d'une simulation avec "effets d'historique", à l'aide des codes de l'IGN, sur une campagne de production représentative d'un réacteur de sa flotte. Le premier objectif de la maîtrise a été la mise à niveau d'un calcul DRAGON3/DONJON3 vers DRAGON4/DONJON4 afin de le comparer avec un calcul DRAGON4/COCAGNE d'EDF. Cette comparaison inédite (des modifications ont été apportées aux codes de l'IGN afin de les adapter aux particularités des REPs) a d'une part, permis la validation de DONJON4, et d'autre part, aboutit à une réflexion sur la modélisation des mécanismes de contre-réaction dans les codes de coeur concernés. Le deuxième objectif a été la mise en place d'un schéma de calcul avec "effets d'historique". EDF a fourni du temps sur un cluster de calcul pour la simulation, et DONJON4 a été parallèlisé pour tirer parti de ces ressources. Une simulation de l'exploitation d'un REP a été effectuée en utilisant un scénario pré-établi, correspondant à une campagne de production représentative d'un réacteur de la flotte EDF. Celle-ci a été comparée au schéma de calcul de la première partie et les écarts ont été analysés.  ABSTRACT: The neutronic codes DRAGON4 and DONJON4, respectively dedicated to lattices and cores calculations, have been designed by the Institute of Nuclear Engineering (IGN) to simulate CANDU and Advanced CANDU reactors. DRAGON4 code can theoretically be applied to pressurized water reactors (PWRs) but DONJON4 code is more oriented towards CANDU reactors and requires some adaptation to be applied to PWR. PWR physics is different from that of a CANDU reactor. The presence of light water, the geometry, the fuel type and the refuelling type affect the behavior of the reactor when some of these parameters are changed. Électricité de France (EDF), which has a reactor fleet of PWRs, solicited the creation of a "history-based" simulation over a campaign length of a typical reactor of theirs, using IGN's codes. The first objective of this work was to update a PWR calculation from DRAGON3 /DONJON3 to DRAGON4 / DONJON4 and to compare it with a DRAGON4 / COCAGNE calculation - COCAGNE being a core code made by EDF. This new and unique comparison (changes were made to IGN's codes to fit the specificities of PWRs) has enabled the validation of DONJON4, and has also led to a reflection on counter-reaction mechanisms in core calculations. The second objective was to establish a "history based" calculation scheme. EDF has provided some calcultation on its cluster Clamart2, and DONJON4 has been parallelized to take advantage of these resources. A campaign length simulation of a PWR was conducted using a pre-established scenario. It was compared with the calculation scheme of the first part and differences have been analyzed.


identifier: Chouinard, A. (2011). Remplacement de l'usinage chimique des tôles aéronautiques minces en aluminium par de l'usinage mécanique.  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le présent mémoire traite de l'amélioration des méthodes d'usinage des poches dans des panneaux minces en aluminium, principalement utilisés en aéronautique. Ces poches sont gé- néralement obtenues par usinage chimique ce qui pose des problèmes environnementaux. Des solutions de remplacement ont déjà été proposées, celles-ci permettent maintenant d'usiner mécaniquement les panneaux en synchronisant deux machines-outils. Une première machine effectue l'usinage alors que la seconde sert d'appui pour contrer les forces d'usinage. Bien qu'innovateur, ce principe demande de synchroniser deux machines, ce qui a un coût important. La solution proposée dans ce mémoire remplace la seconde machine par un système de préhension magnétique. Des aimants sont positionnés de part et d'autre du panneau afin de le serrer et ainsi reprendre la force d'usinage axiale. L'élaboration des équations permet d'établir que le paramètre important dans le système est la force maximale d'attraction entre les aimants. Cette force, d'un module déterminé expérimentalement, doit être supérieure à la force axiale d'usinage. Les tests nécessaires à la validation ont été planifiés en utilisant un plan d'expérience, limitant ainsi le nombre d'essais et augmentant la qualité des résultats. Le modèle expérimental ainsi obtenu permet de prédire la qualité de l'usinage et le taux d'enlèvement de matière atteint. L'optimisation du modèle obtenu à partir des données des tests résulte en une variation de l'épaisseur de coupe de 0.017 mm ce qui est comparable à ce que les solutions de synchronisations de machines obtiennent.  ABSTRACT: This thesis explores an improved method for machining pockets in thin aluminum panels, mainly used in aeronautics. These pockets are usually produced by chemical milling which causes environmental problems. Replacement solutions have already been proposed. They allow to mechanically machine panels by synchronizing two machine tools. A first machine performs machining while the second provide a support to counter the machining forces. While innovative, this principle requires synchronization of two machines, which has a high cost. The solution proposed in this paper replaces the second machine by a magnetic gripping system. Magnets are positioned on either side to grasp the aluminum panel and counteract the axial machining force. Developped equations established that the most important parameter in the system is the maximum force of attraction between the magnets. This force, that has a module determined experimentally, must be greater than the axial force of machining. A design of experiment is applied to determine optimal cutting conditions. The models obtained can predict the machining quality and the material removal rate achieved. The optimized model results in a variation of the actual depth of cut of 0.017 mm for the machined surface. This performance is comparable to the synchronized machines method.


identifier: Rioux, M. (2011). Analyse et caractérisation multidimensionnelles pour l'optimisation du fini de surface de pièces en composites  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Mots-clés : Fini de surface, RTM, caractérisation multidimensionnelle, rugosité Dans le domaine des transports, le procédé RTM présente beaucoup de potentiel. Celui-ci nécessite cependant encore plusieurs améliorations, notamment en ce qui a trait à la qualité du fini de surface. Étant donné qu'il n'existe pas encore de théorie permettant de modéliser ce phénomène, l'approche empirique devient nécessaire. La théorie des plans d'expérience est toute désignée, mais elle nécessite d'avoir une réponse quantitative représentant bien le phénomène. Les lacunes de l'indice de rugosité usuel (Ra) comme paramètre de caractérisation sont démontrées. Toutefois, en utilisant les profils bruts mesurés par un rugosimètre, plusieurs statistiques ont été calculées en s'inspirant des techniques de traitement du signal, de la statistique classique ou des séries chronologiques. Une méthode de redressement des profils a été mise au point. Ensuite, à l'aide d'une analyse multidimensionnelle, quatre variables de caractérisation (minimum, maximum, asymétrie et aplatissement) ont été retenues. Bien que d'allure élémentaire, ces quatre variables sont non seulement très complémentaires mais également beaucoup plus riches d'information que des Ra, même avec différents seuils de coupure fréquentielle. Ces quatre variables de caractérisation comblent le besoin limitant l'emploi des plans d'expériences dans ce domaine. Elles peuvent même fournir de l'information sur les types de défauts prédominants (min./cavités, max./aspérités, asymétrie/crêtes tronquées et aplatissement/dénivellations). Elles peuvent également être agrégées. Parce qu'elles contiennent de l'information redondante, l'usage de la distance de Mahalanobis s'est démontrée utile. La présente recherche démontre l'intérêt des analyses statistiques dans le domaine des composites.  ABSTRACT: Keywords: Surface finish, RTM, multidimensional characterization, roughness In the field of transportation, the RTM process offers a lot of potential. It however requires several improvements, notably regarding the quality of surface finish. Since no theory currently allows to model the process, the empirical approach is necessary. The experimental design theory is an obvious choice, but it requires a quantitative response to represent this phenomenon. The shortcomings of the usual roughness index (Ra) as a characterization parameter are demonstrated. However, by using the raw profiles measured by a profilometer, several statistics were calculated based on signal processing techniques, statistics and time series. A profile straightening method was developed. Four characterization variables (i.e. minimum, maximum, skewness, and kurtosis) were subsequently selected by resorting to a multivariate analysis. Although elementary-looking, these four variables are not only highly complementary but they also provide much richer information than Ras, even with different cutoff frequency thresholds. These four characterization variables fill the need restricting the use of design of experiments in this field. They can even provide information on the types of predominant defects (min/cavities, max/peeks, asymmetry/truncated crests, and kurtosis/depressions. They can also be aggregated. Because they contain redundant information, the use of the Mahalanobis distance has proven useful. This research shows the relevance of statistical analysis in the field of composites.


identifier: Lequy, Q. (2011). Affectation d'activités et de tâches à des quarts de travail fixés  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Pour les moyennes ou grandes entreprises, construire des horaires de travail réalisables à faible coût pour leurs employés n'est pas chose facile. Selon le type d'entreprises, trouver seulement un horaire réalisable peut relever du défi. Néanmoins, les techniques modernes de modélisation et d'optimisation permettent de proposer des méthodes efficaces pour plusieurs classes de problèmes d'horaires de personnel. Dans cette thèse, nous nous concentrons sur trois problèmes d'horaires de personnel dans lesquels les employés travaillent durant des quarts, par exemple dans des magasins à grande surface. Ces quarts doivent répondre à une demande en clients variable, à satisfaire le plus rapidement possible. Cette demande n'est pas exactement connue lorsque les quarts sont créés et a aussi un caractère périssable. Cela signifie que les compagnies peuvent perdre leurs clients immédiatement s'ils ne sont pas satisfaits du service offert. L'horaire d'un employé est composé de jours ouvrés et de jours vacants. Pour chaque jour ouvré, l'employé est affecté à un quart de travail défini par des temps de début et des temps de fin, et pouvant aussi contenir une ou plusieurs pauses. Dans notre cas d'étude, les temps de début et de fin, ainsi que le nombre idéal d'employés pour satisfaire la demande en clients, sont déterminés à l'avance par un module de prévision. Le travail d'un employé est catégorisé entre les tâches et les activités. Les activités correspondent au service des clients en temps réel, alors que les tâches n'impliquent pas un rapport direct avec les clients, bien que celles-ci soient en général cruciales. Dans les faits, une tâche est un travail non interruptible, tel que mettre en place une vitrine, tandis qu'une activité est facilement interruptible à tout moment, en remplaçant un employé par un autre, par exemple pour les caissiers. Les tâches ont une nature unique, isolée, sont effectuées par un employé qualifié avant une date limite, et requièrent éventuellement la complétion d'autres tâches avant leur temps de début. Les activités ont un caractère récurrent et continu. Leur contexte est le cas général d'activités multiples, dans lequel il est possible d'affecter plusieurs activités dans le quart d'un employé. Finalement, chaque quart de travail doit être rempli avec des activités ou des tâches à accomplir. Les conventions collectives restreignent, en général, la réalisabilité d'un horaire. De plus, les employés possèdent des qualifications et ne peuvent pas être affectés à des activités ou des tâches pour lesquelles ils ne sont pas qualifiés. Lors de la construction des horaires des employés, l'objectif principal de l'entreprise est de réduire ses coûts de personnel, tout en maintenant une satisfaction élevée chez sa clientèle. Un objectif secondaire est d'offrir à ses employés des horaires plaisants à travailler.  Cette thèse traite en premier du problème d'affectation d'activités multiples, qui implique uniquement des activités. Trois modèles en nombres entiers et plusieurs méthodes de résolution sont proposées, mais la plus efficace reste une heuristique de type horizon fuyant basée sur un programme en nombres entiers. Le modèle sous-jacent est résolu par un algorithme de génération de colonnes encapsulé dans un schéma heuristique d'énumération implicite. Une comparaison avec les autres méthodes de résolution a été effectuée sur des instances générées aléatoirement, simulant des instances réalistes.   Le deuxième sujet traité est le problème d'affectation de tâches et d'activités multiples. Le concept de tâche individuelle - qui est effectuée par un seul employé pendant une durée fixe - a été introduit dans la définition du problème précédent. Une décomposition en deux étapes est proposée pour s'attaquer aux instances de grande taille, sur lesquelles la résolution directe du modèle global proposé échoue. La première étape de la décomposition consiste à affecter les tâches a priori grâce à un modèle d'approximation, résolu heuristiquement. La deuxième étape produit alors une solution complète pour l'instance en affectant les activités, tout en s'autorisant à réaffecter les tâches. Des tests numériques ont montré que les quatre stratégies de réaffectation proposées sont surclassées par l'une d'entre elles. Ces tests valident également notre méthode et suggèrent que la réaffectation des tâches améliore la qualité des solutions obtenues au coût raisonnable d'un petit temps de calcul supplémentaire.   Le dernier problème est une extension du précédent, par l'introduction des tâches en équipe, ce qui conduit au problème d'affectation de tâches en équipe et d'activités multiples. Le concept des tâches en équipe est une extension naturelle de celui des tâches individuelles et permet de considérer des pièces de travail non interruptibles, effectuées par plusieurs employés simultanément. Les relations entre le nombre d'employés contribuant à une tâche en équipe et le temps qu'ils y contribuent sont appelés patrons d'équipes. Inspirée de l'approche en deux étapes utilisée dans l'affectation de tâches individuelles, la méthode de résolution est basée sur deux modules d'affectation impliqués dans une descente à voisinages variables. Le premier module est un modèle d'approximation pour affecter les tâches en ne tenant que partiellement compte des activités. Le deuxième module consiste à affecter les activités en réaffectant les tâches. Des expérimentations numériques ont été réalisées et montrent que, premièrement, scinder les tâches peut améliorer la qualité des horaires, et deuxièmement, la méthode de résolution peut affecter des tâches en équipe, même si elles n'apparaissent pas dans la solution initiale de la descente. De plus, l'heuristique d'amélioration confirme l'efficacité de la décomposition en deux étapes pour l'affectation des tâches individuelles uniquement.  ABSTRACT: For most medium- to large-sized companies, building a low-cost feasible working schedule for their employees is not an easy task. Depending on the business type, just finding a feasible schedule might even be a challenge. Nevertheless, modern modeling and optimization techniques allow to propose efficient solution methods for several personnel scheduling problems. In this thesis, we focus on three planning scheduling problems that arise in companies where the employees work shifts, such as retail stores. Those shifts should respond to a varying customer demand that must be fulfilled as soon as possible. The demand for each so-called activity is not exactly known when shifts are built and is also perishable. That means companies might lose clients immediately if they are not satisfied of the service. The schedule of an employee is composed of working days and days off. For each working day, the employee is assigned to a work shift that is defined by a start and an end time. It may also contain one or several specified break periods. For our concern, those start and end times are pre-determined by previous modules, as well as the ideal number of employees required to satisfy the customer demand, which is determined by a forecasting algorithm. The work of an employee is categorized between tasks and activities. Activities correspond to servicing customers in real-time, whereas tasks do not involve a direct contact with them, though they are crucial work. Actually, a task is an uninterruptible piece of work, such as setting up a display, whereas an activity can easily be interrupted at any time by replacing one employee with another, such as cashiers. The former has an isolated and unique nature and is performed by a skilled employee before a due date and may require the completion of some other tasks prior to its start. The latter has a continuous and recurrent nature. The context is the general multi-activity case, where it is possible to assign several activities to an employee shift. Finally, each work shift must be filled with activities or tasks to accomplish. Labor and collective agreement rules restrict the feasibility of a schedule. Furthermore, the employees possess skills and cannot be assigned to an activity or a task for which they are not qualified. When building the employee schedules, the primary objective of the company is to reduce personnel costs while maintaining customer satisfaction high. A secondary objective might be to offer as much as possible pleasant schedules to the employees. The thesis deals first with the multi-activity assignment problem, which implies only activities. Three integer models and several solution methods are proposed, but the best one is a rolling horizon heuristic based on an integer programming model. This model is solved by a column generation algorithm embedded in a heuristic branch-and-bound framework. Comparison with several other methods have been performed on randomly generated instances mimicing real-life instances. The next subject studied is the multi-activity and task assignment problem. Single tasks - which are performed each by only one employee during a fixed time length - are introduced in the definition of the previous problem. A two-stage decomposition is proposed to tackle large-sized instances on which the direct solving of the global model fails. This first stage of the decomposition consists of assigning tasks a priori thanks to an approximation model, solved by a heuristic, and then the second stage produces a complete solution by assigning activities with possible task reassignments. Numerical experiments show that the four proposed strategies for reassigning tasks are outclassed by one of them and validate our method. The results suggest also that reassigning tasks improve the solution quality a lot at the reasonable cost of a small extra computational time.


identifier: Quinn, P. (2011). Modélisation et prédiction du comportement de mots-clés dans des campagnes publicitaires sur les moteurs de recherche  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les moteurs de recherche utilisent des mécanismes d'enchères très sophistiqués pour déterminer le positionnement des annonces textuelles sur leurs pages de résultats. Tous les annonceurs désirant faire la promotion de leurs produits ou services doivent se faire compétition au sein d'une enchère fermée visant à établir l'ordre dans lequel leurs annonces sont présentées. Plus précisément, l'ordre d'apparition des annonces est déterminé en fonction de la valeur que les annonceurs sont prêts à payer par clic, ainsi que la pertinence de l'annonce et du site Web qui lui est associé. Généralement, les positions au haut de la liste obtiennent plus de visibilité et plus de clics que les positions au bas de la liste. Les annonceurs cherchent donc à fixer leurs valeurs d'enchère de façon à obtenir une visibilité et un nombre de clics satisfaisants, en limitant toutefois leurs coûts à des montants raisonnables. En appliquant ce principe à plusieurs milliers de mots-clés tout en considérant les diverses contraintes relatives au problème, il peut devenir extrêmement difficile de gérer une campagne publicitaire de façon efficace.  Notre travail vise essentiellement à développer des algorithmes automatisables permettant d'améliorer le rendement des campagnes d'annonces textuelles sur les moteurs de recherche. Pour y arriver, nous présentons d'abord une synthèse qui explique le fonctionnement de ce milieu encore très peu connu. Par la suite, en s'inspirant des travaux publiés dans la littérature, nous modélisons le problème à l'aide d'un programme linéaire. En supposant que la performance d'une annonce peut être mesurée par le nombre de clics qu'elle obtient, le modèle vise à déterminer une façon optimale d'affecter les annonces aux diverses positions disponibles, tout en respectant une contrainte de budget. L'utilisation de fonctions de prédiction qui estiment le nombre de clics et le coût par clic moyen en fonction de la position moyenne de l'annonce est nécessaire pour chacun des mots-clés considérés.  Puisque les mots-clés ne possèdent pas tous le même potentiel de prédiction, nous développons un algorithme de classification qui vise à affecter chacun de ces mots-clés à une méthode ou un traitement spécifique. En fonction de leurs caractéristiques, les mots-clés sont classés de façon à réduire les erreurs de prédiction et ainsi maximiser la portée du modèle d'optimisation.  ABSTRACT: Search engines use sophisticated auction mechanisms to determine the positioning of text ads on their result pages. Advertisers seeking to promote their products or services must compete in sealed auctions to establish the order in which their ads will appear. More specifically, ad ranks are calculated based on the amounts the advertisers are willing to pay for each click, as well as the relevance of the ads and their related websites. Generally, ads placed at the top of the results list get more visibility and generate more clicks than the ads at the bottom of the list. Therefore, advertisers try to find the optimal bids that will allow them to obtain sufficient visibility and clicks, while maintaining reasonable costs.  Our main objective is to develop automatable algorithms that can increase the performance of search engine text ad campaigns. In order to achieve this, we first present a summary explaining the various aspects of this relatively new research field. Thereafter, based on several studies that have been published, we model the problem using a linear programming approach. Assuming an ad's performance is measured by the number of clicks it generates, our linear program is designed to determine an optimal way to allocate the text ads to the various available positions while respecting a budget constraint. In order to estimate the number of clicks and the average cost per click for each position, the use of prediction functions is necessary.  Since keywords do not all provide the same quality of regressions, we develop a classification algorithm that allows us to identify which processing can be used, depending on each individual keyword's characteristics. We aim to classify the keywords in a way that should reduce, as much as possible, the prediction errors. This should also maximize the scope of the optimization model, allowing us to estimate the clicks and costs per click of almost every single keyword in a campaign.