identifier: Silverwood, R. (2012). Développement d'un film antibactérien ayant des propriétés de glissement pour une meilleure processabilité  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract:
La sécurité du produit est d'une importance cruciale pour l'industrie alimentaire. Le défi que constitue la salubrité des aliments est mis en évidence par le nombre d'intoxications alimentaires au Canada et à travers le monde. Une éclosion de Listériose en 2008, ayant mit la sécurité des Canadiens en péril, aura motivé la révision de la stratégie visant la sécurité des aliments au Canada. Dans ce contexte, une collaboration entre deux acteurs industriels québécois important et l'École Polytechnique de Montréal a été initiée. Cette collaboration s'est concrétisée par la création de La chaire de recherche pour des aliments sécuritaires, intelligents et durables. Un des nombreux projets d'avant-garde de cette Chaire de recherche est le développement d'un emballage ayant un effet bactéricide.
Un grand nombre de composés sont actuellement sur le marché pour l'incorporation dans un produit fini. Zinc Omadine™ par ArchChemicals et Irgaguard™ par BASF sont quelques examples de produits qui ont faits leurs preuves. Toutefois, l'incorporation d'un agent bactéricide dans un produit ayant un contact direct avec des aliments doit répondre à certains critères de sécurité. Ainsi, un survol des divers agents antibactériens est effectué en regard de leur efficacité et de leur potentiel à être utilisé dans un produit d'emballage alimentaire. À ce jour, aucune technologie ne permet l'incorporation facile d'un agent antibactérien à une matrice polymérique. Le mélange des constituants antibactériens avec le polymère à l'état fondu procurera la simplicité poursuivie.
Nous avons choisi l'oxyde de zinc nanométrique comme principal agent antibactérien en raison de son mode d'action, son grand potentiel de durabilité et son aptitude à ne pas migrer hors de la matrice de polymère en polyéthylène. De plus, son effet d'oligo-élément à très faible concentration est validé. Afin d'en augmenter l'efficacité, une bonne dispersion est atteinte en ajoutant un polyéthylène ayant des groupements d'anhydride maléique greffés. L'augmentation des propriétés antibactériennes par cette modification a été prouvée. Bien que ces films présentent un effet bactéricide marqué, un manque de persistance de l'effet antibactérien a été remarqué. Ceci est probablement du à un réarrangement de la structure moléculaire en surface. Ce réarrangement, dû à la nature polaire des particules, inhibe l'effet antibactérien des particules, ce qui les fait migrer à une distance critique, hors de leur champ d'action.
Par ailleurs, nous avons evalué sommairement quelques autres agents antibactériens. L'oxyde de calcium (CaO) a démontré, bien qu'inférieur au ZnO, un potentiel antibactérien intéressant. La spécificité de son effet bactéricide pour les bactéries gram positives explique cet écart. L'ajout d'oxyde de fer (Fe2O3) n'a pas permis, par ses propriétés hydrophiles, d'augmenter les propriétés bactéricides du CaO, simplement en les mélangeant. Également, l'utilisation du thymol (composante d'huile essentielle du thym) s'est avérée efficace, même à de très faibles doses. Une interrogation plane, toutefois, sur la durabilité d'un tel agent. Son utilisation en conjonction avec un agent de compatibilité pourrait rendre l'effet
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bactéricide nettement plus persistant, en ralentissant le processus de migration vers la surface du film. Cet effet bactéricide est diminué lorsque le thymol est mélangé avec du ZnO à la matrice de polyéthylène.
Finalement, un outil visant l'optimisation des additifs de glissement a été développé. Pour ce faire, une corrélation qui lie l'absorbance en spectrométrie infrarouge (par réflexion ATR) à la concentration en surface de l'agent de glissement fut développée. En se servant de cette corrélation, aussi dénommé courbe maîtresse, et d'un test au spectromètre infrarouge sur un film inconnu, il est possible de retrouver la concentration d'additif de glissement initiale.
Ces travaux mettent en évidence le potentiel de l'utilisation de l'oxyde de zinc et du thymol comme agent bactéricide efficient pour l'industrie alimentaire. Ces travaux constituent le premier effort à l'élaboration d'un film antibactérien, impliquant les oxydes métalliques nanométriques et une matrice polymérique de polyoléfine.
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Product safety is of crucial importance for the food industry. The challenge of food safety is evidenced by the number of food poisoning in Canada and worldwide. An outbreak of listeriosis in 2008, having put the safety of Canadians at risk, has motivated the revision of the strategy for food safety in Canada. In this context, a collaboration between two major industrial players in Quebec and École Polytechnique de Montréal was initiated. This collaboration is supported by the creation of the Research Chair for safe, smart and sustainable food. One of the many forefront projects of this research chair is to develop a package having a bactericidal effect.
Many compounds are currently available for incorporation into a finished product. Zinc Omadine™ by ArchChemicals and Irgaguard ™ by BASF are some examples of products that have proven themselves. However, the incorporation of a bactericidal agent in a product having a direct contact with food must meet certain safety criteria. Thus, an overview of various antibacterial agents is made in terms of their effectiveness and their potential use in packaging a food product. To date, no technology allows easy incorporation of an antibacterial agent in a polymer matrix. Antibacterial constituents of the mixture with the polymer melt will provide the simplicity pursued.
We chose nano zinc oxide as the main antibacterial agent for its mode of action, its great potential for sustainability and its ability not to migrate out of the polyethylene polymer matrix. Moreover, the effect of trace element at very low concentrations is validated. To increase efficiency, good dispersion is achieved by adding a polyethylene with maleic anhydride grafted groups. The increase in antibacterial properties by this change has been proven. Although these films exhibit a marked bactericidal effect, a lack of persistence of the antibacterial effect was noticed. This is probably due to a rearrangement of the molecular structure on the surface. This rearrangement, due to the polar nature of particles, inhibits the antibacterial effect of the particles, causing them to migrate to a critical distance, outside their scope.
Furthermore, we evaluated briefly some other antibacterial agents. Calcium oxide (CaO) demonstrated, although lower than ZnO, an interesting antibacterial potential. The specificity of the bactericidal for gram-positive bacteria for this variance. The addition of iron oxide (Fe2O3) did not, by its hydrophilic properties, increase the bactericidal properties of CaO, simply by mixing them. Also, the use of thymol (component of essential oil of thyme) was effective, even at very low doses. A question mark hangs, however, the sustainability of such an agent. Its use in conjunction with a compatibilizer could result in a much more persistent bactericidal effect, slowing the process of migrating to the film surface. This effect is reduced when the bactericidal thymol is mixed with ZnO in the polyethylene matrix.
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Finally, a tool for optimizing slip additives was developed. To do this, a correlation that links the absorbance in infrared spectroscopy (ATR reflection) to the surface concentration of the lubricant was developed. By using this correlation, also called master curve, and an infrared spectrometer to test an unknown film, it is possible to find the initial concentration of slip additive.
These studies highlight the potential use of zinc oxide and thymol as efficient bactericidal agent for the food industry. This work represents the first effort to develop an antibacterial film, involving nanoscale metal oxides and a polymer matrix of polyolefin.


identifier: Cartier, C. (2012). Identification et traitements des principales sources de plomb en eau potable  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

type:
Mémoire ou thèse
NonPeerReviewed

abstract: RÉSUMÉ: Le plomb (Pb) est un élément nuisible entraînant des dommages cognitifs irréversibles et des pertes de quotient intellectuel à faible dose chez les jeunes enfants. Le niveau de plomb dans le sang considéré sécuritaire est actuellement en révision par la World Health Organization (WHO) et vient d'être réduit de moitié au États-Unis par le Center for Disease Control and Prevention (CDC). Avec la diminution de l'exposition au plomb par d'autres sources (essence, alimentation), l'eau potable est devenue une des plus importantes sources restantes d'exposition au plomb. Ainsi, il est envisageable que des impacts neurologiques importants chez des enfants proviennent d'une exposition au plomb par l'eau potable. Différentes mesures peuvent être prises afin de limiter le relargage de plomb dans l'eau : des modifications aux traitements afin de diminuer la corrosivité de l'eau ou l'enlèvement pur et simple des éléments contenant du plomb. L'ajustement du pH et l'ajout d'orthophosphates sont les deux traitements de contrôle de corrosion privilégiés afin de diminuer le relargage de plomb dans l'eau. Les orthophosphates ont été associés à des baisses de 90% du relargage de plomb au Royaume-Uni. Le retrait des éléments de plomberie contenant du plomb est certainement la méthode la plus efficace pour diminuer le relargage de plomb dans l'eau. Les soudures contenant du plomb étant banni aux États-Unis depuis 1988, les soudures « sans plomb » sont aujourd'hui facilement accessibles et des éléments en laiton « sans plomb », sont présents sur le marché principalement dans certains états américains. Cela dit, la source principale de plomb dans l'eau potable demeure les conduites en plomb. En Amérique du Nord, des millions de résidences auraient une partie ou la totalité de leur raccordement de service en plomb. La responsabilité de ces conduites étant souvent partagée entre le propriétaire du bâtiment et la municipalité, les remplacements partiels de conduites en plomb sont fréquents, particulièrement lors de travaux majeurs d'infrastructures municipales. Les remplacements partiels de conduites en Pb impliquent des millions de dollars au Canada et aux États-Unis, même si leur efficacité n'a pas été démontrée. Dans certains cas, les remplacements partiels de conduites en plomb ne permettent pas de réduire les concentrations en plomb au niveau souhaitable. Cette situation pourrait être due à la corrosion galvanique entre la portion de plomb qui demeure dans le système de plomberie et la nouvelle conduite de cuivre. Des études effectuées en laboratoire ont démontré que ce mécanisme était possible.  ABSTRACT: Lead (Pb) is a toxic substance causing irreversible cognitive damage and loss of IQ at low levels in young children. The acceptable lead concentration in blood is currently under review by the World Health Organization (WHO) and has just been reduced by the American Center for Disease Control and Prevention (CDC). With the decrease in lead exposure from sources such as gasoline, paint and food, drinking water has become one of the most significant remaining sources of lead exposure. Significant neurological damage in children may result from drinking water lead exposure. Various measures can be taken to limit the release of lead in water: corrosion control treatment to reduce the water corrosivity or removal of lead-containing components. The addition of orthophosphate and pH adjustment are some of the most frequent corrosion control treatments used to reduce lead release in water. Orthophosphate has been associated with a 90% decrease of lead release in the UK. The removal of plumbing components containing lead (Pb) is certainly the most effective method to decrease lead release in water. Solders containing lead have been banned in the U.S. since 1988. "Lead free" solder wires are now easily accessible and "lead free" brass components, are currently sold in some American states. However, the most important lead source is lead service line (LSL). In North America, millions of homes have a portion or all of their service line made of lead. Ownership of service line is generally shared between the building owner and the municipality. Indeed, partial lead service line replacements are common, particularly when municipal infrastructure works are performed. Partial lead service line replacements involve millions of dollars in Canada and the United States, even though their effectiveness has yet to be demonstrated. In some cases, the partial replacement of lead pipes does not reduce lead levels to the level required by the regulation. This could be due to galvanic corrosion between the remaining portion of lead and the new copper pipe. Some laboratory studies have shown how this mechanism is possible. However, although high Pb concentrations have been observed following partial replacement, we are still unable to identify the importance of the different Pb release mechanisms that could be generated by partial replacement.


identifier: Shukla, A. (2012). Development of a Critically Evaluated Thermodynamic Databse for the Systems Containing Alkaline-Earth Oxides  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Dans un système thermodynamique multicomposant, les relations de phases entre les constituants sont généralement très complexes. En particulier, les systèmes à base d'oxydes sont souvent très difficiles à étudier en raison des températures très élevées et de l'action corrosive des laitiers. A cause de ces difficultés, de grandes incohérences et dispersions sont souvent observées parmi les données expérimentales disponibles dans la littérature. Afin d'étudier et de comprendre de manière efficace les relations de phases complexes, il est très utile de développer des banques de données thermodynamiques contenant les paramètres optimisés d'un modèle d'énergie libre de Gibbs, permettant de dériver les propriétés thermodynamiques de toutes les phases en fonction de la température et de la composition. Dans une optimisation thermodynamique, les paramètres ajustables du modèle d'énergie libre de Gibbs sont calculés en utilisant simultanément toutes les données thermodynamiques et d'équilibres de phases disponibles afin d'obtenir un ensemble d'équations en fonction de la température et de la composition. Les données thermodynamiques, telles que les activités, peuvent aider à évaluer les diagrammes de phases, et les informations sur les équilibres de phases peuvent être utilisées pour déduire les propriétés thermodynamiques. Ainsi, il est souvent possible de résoudre les divergences observées entre les données expérimentales disponibles. A partir des équations du modèle, toutes les propriétés thermodynamiques et les diagrammes de phases peuvent être calculés rétrospectivement. Il est également possible d'effectuer des interpolations et extrapolations de manière cohérente d'un point de vue thermodynamique. Les données sont ainsi rendues auto-cohérentes et, conformément aux principes thermodynamiques, les données expérimentales disponibles sont reproduites par un petit jeu de paramètres du modèle; ce qui est idéal pour le stockage informatique. iv Dans le cadre d'un vaste projet de recherche au Centre de Recherche en Calcul Thermochimique (CRCT) au sein de l'Ecole Polytechnique de Montréal, nous avons développé une banque de données thermodynamiques pour les systèmes d'oxydes multicomposants. Cette thèse consiste en l'ajout des composants SrO et BaO à la banque de données multicomposante existant déjà pour le système SiO2-B2O3-Al2O3-CaO-MgO. Au fil des années, en collaboration avec de nombreuses compagnies industrielles, une banque de données thermodynamiques a été développée pour le système SiO2-B2O3-Al2O3-CaO-MgO de manière tout à fait satisfaisante. L'objectif du présent travail est d'améliorer l'applicabilité de cette banque de données en y ajoutant les nouveaux composants SrO et BaO. Les banques de données élaborées dans ce travail seront d'une importance particulière pour les industries des verres et de l'acier. Dans le système SiO2-B2O3-Al2O3-CaO-MgO-BaO-SrO, il y a 11 sous-systèmes binaires et 25 sous-systèmes ternaires contenant soit BaO, soit SrO ou bien les deux à la fois. Pour la plupart de ces systèmes binaires, et pour aucun de ces systèmes ternaires, des « optimisations » thermodynamiques sont déjà disponibles dans la littérature. Dans cette thèse, nous présentons l'évaluation et l'optimisation thermodynamique de 11 sous-systèmes binaires, 17 sous-systèmes ternaires et 5 sous-systèmes quaternaires contenant BaO et/ou SrO issus du système SiO2-B2O3-Al2O3-CaO-MgO-BaO-SrO. Toutes ces optimisations thermodynamiques ont été effectuées en se basant sur les données expérimentales disponibles dans la littérature, à l'exception du système SrO-B2O3-SiO2 qui a été optimisé à partir de données expérimentales obtenues dans le présent travail en conjonction avec les données issues de la littérature. v Dans cette thèse, tous les calculs ont été réalisés à l'aide du logiciel FactSageTM de calcul d'équilibres thermodynamiques. Le Modèle Quasichimique Modifié (MQM) prenant en compte l'ordre à courte distance a été utilisé pour la phase liquide. Tous les systèmes binaires ont été évalués de manière critique et optimisés à partir des données thermodynamiques et d'équilibre de phases disponibles dans la littérature. Les paramètres du modèle obtenus ont été utilisés pour représenter les énergies de Gibbs de toutes les phases en fonction de la température et de la composition. Les paramètres binaires du modèle ont été utilisés pour estimer les propriétés thermodynamiques des phases dans les systèmes ternaires. Des modèles « géométriques » appropriés ont été utilisés pour ces estimations. Les diagrammes de phases ternaires ont été calculés et comparés avec les données expérimentales disponibles. Des paramètres d'interaction ternaires ont également été ajoutés lorsque cela était nécessaire. La première partie de cette thèse est consacrée à une revue exhaustive de la littérature sur le thème de la modélisation thermodynamique et des techniques expérimentales de détermination de diagrammes de phases. Les chapitres suivants comprennent la revue de la littérature ainsi que les optimisations thermodynamiques des différents systèmes. La dernière partie de cette thèse est consacrée à la présentation du travail expérimental (trempe et EPMA) effectué pour le système SrO-B2O3-SiO2.  ABSTRACT: In a thermodynamic system which contains several elements, the phase relationships among the components are usually very complex. Especially, systems containing oxides are generally very difficult to investigate owing to the very high experimental temperatures and corrosive action of slags. Due to such difficulties, large inconsistencies are often observed among the available experimental data. In order to investigate and understand the complex phase relationships effectively, it is very useful to develop thermodynamic databases containing optimized model parameters giving the thermodynamic properties of all phases as functions of temperature and composition. In a thermodynamic optimization, adjustable model parameters are calculated using, simultaneously, all available thermodynamic and phase-equilibrium data in order to obtain one set of model equations as functions of temperature and composition. Thermodynamic data, such as activities, can aid in the evaluation of the phase diagrams, and information on phase equilibria can be used to deduce thermodynamic properties. Thus, it is frequently possible to resolve discrepancies in the available data. From the model equations, all the thermodynamic properties and phase diagrams can be back-calculated, and interpolations and extrapolations can be made in a thermodynamically correct manner. The data are thereby rendered self-consistent and consistent with thermodynamic principles, and the available data are distilled into a small set of model parameters, ideal for computer storage. As part of a broader research project at the Centre de Recherche en Calcul Thermochimique (CRCT), Ecole Polytechnique to develop a thermodynamic database for multicomponent oxide systems, this thesis deals with the addition of components SrO and BaO to the existing vii multicomponent database of the SiO2-B2O3-Al2O3-CaO-MgO system. Over the years, in collaboration with many industrial companies, a thermodynamic database for the SiO2-B2O3-Al2O3-CaO-MgO system has been built quite satisfactorily. The aim of the present work was to improve the applicability of this five component database by adding SrO and BaO to it. The databases prepared in this work will be of special importance to the glass and steel industries. In the SiO2-B2O3-Al2O3-CaO-MgO-BaO-SrO system there are 11 binary systems and 25 ternary systems which contain either BaO or SrO or both. For most of these binary systems, and for none of these ternary systems, is there a previous thermodynamic optimization available in the literature. In this thesis, thermodynamic evaluation and optimization for the 11 binary, 17 ternary and 5 quaternary BaO- and SrO- containing systems in the SiO2-B2O3-Al2O3-CaO-MgO-BaO-SrO system is presented. All these thermodynamic optimizations were performed based on the experimental data available in the literature, except for the SrO-B2O3-SiO2 system. This latter system was optimized on the basis of a few experimental data points generated in the present work together with the data from the literature. In the present work, all the calculations were performed using the FactSageTM thermochemical software. The Modified Quasichemical Model (MQM), which is capable of taking short-range ordering into account, was used for the liquid phase. All the binary systems were critically evaluated and optimized using available phase equilibrium and thermodynamic data. The model parameters obtained as a result of this simultaneous optimization were used to represent the Gibbs energies of all phases as functions of temperature and composition. Optimized binary viii model parameters were used to estimate the thermodynamic properties of phases in the ternary systems. Proper “geometric” models were used for these estimations. Ternary phase diagram were calculated and compared with available experimental data. Wherever required, ternary interaction parameters were also added. The first part of this thesis comprises a general literature review on the subject of thermodynamic modeling and experimental techniques for phase diagram determination. The next chapters include the literature review and the thermodynamic optimizations of the various systems. The last part of the thesis is the presentation of experiments performed in the present work, by quenching and EPMA, in the SrO-B2O3-SiO2 system. The experiments were designed to generate the maximum amount of information with the minimum number of experiments using the thermodynamic optimization, based only on the data available in the literature, as a guide. These newly-obtained data improved the (preceding) thermodynamic optimization, based on the experimental data in the literature, of this ternary system.


identifier: Sirabahenda, Z. (2012). Modélisation numérique du transport des sédiments en suspension dans une rivière en aménagement: Cas de la Rivière-aux-Sables au Québec  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les travaux d'aménagement dans une rivière restent une source potentielle pour l'accroissement de la charge sédimentaire en suspension. De ce fait, les impacts sur la qualité de l'eau ainsi que sur la dynamique des écoulements peuvent être importants. Une meilleure caractérisation des interactions entre l'hydrodynamique et la présence des sédiments en suspension revêt une importance capitale pour apporter une solution adaptée aux risques dus à ces impacts. Un modèle numérique qui applique le concept convection-diffusion dans les écoulements avec transport des sédiments permet de reproduire de façon satisfaisante l'évolution de la charge sédimentaire en suspension. La dérivation d'une courbe qui donne la relation entre le débit liquide et le débit solide en mode prévisionnel présente un intérêt économique pour l'aménageur. La simulation numérique de l'évolution de la concentration des sédiments en suspension dans la Rivière-aux-Sables est nécessaire pour comprendre les mécanismes de propagation des sédiments et de proposer une relation entre le débit liquide et le débit solide en amont, pour garantir un seuil de concentration des sédiments en suspension acceptable en aval du tronçon à l'étude. La validation du modèle de la Rivière-aux-Sables en régime permanent, obtenue par une étude comparative entre les résultats de la simulation à l'aide des modèles numériques HEC-RAS 4.1 et SRH 1-D 2.6, montre que la différence entre les profils de la ligne d'eau est très minime et qu'elle s'accroit avec l'augmentation du débit. Les caractéristiques hydrauliques et géométriques en régime permanent représentent les conditions initiales de la rivière et permettent de faire la simulation de l'écoulement en régime non permanent couplé au transport des sédiments en suspension. La calibration des paramètres du modèle numérique SRH 1-D 2.6 pour simuler l'évolution de la concentration des sédiments en suspension donne des résultats qui se rapprochent aux données d'observation sur la Rivière-aux-Sables. L'exploitation du modèle hydro-sédimentaire de la rivière issu de la calibration est effectuée en faisant une étude d'optimisation sur le débit liquide à faire transiter dans la rivière suivant les charges sédimentaires susceptibles d'être relâchées à l'amont. La relation entre le débit liquide à faire transiter dans la Rivière-aux-Sables et la quantité de sédiment à relâchée en amont afin de garantir un seuil permis pour la concentration des sédiments en suspension en aval est déterminée.  ABSTRACT: Development works in a river remain a potential source for increasing the suspended sediment load. Because of this, the impacts on water quality as well as on the flow dynamics may be important. Better characterization of interactions between hydrodynamics and the presence of suspended sediments is crucial to provide a solution tailored to the risks to theses impacts. A numerical model that applies the concept of convection-diffusion in flows with sediment transport allows to reproduce satisfactorily the evolution of suspended sediment load. The derivation of the relationship between water discharge and sediment load in predictive mode, is of economic interest to the developer. Numerical simulation of the evolution of the concentration of suspended sediment in «Rivière-aux-Sables» is necessary to understand the propagation mechanisms of sediment and suggest a relationship between water discharge and sediment discharge upstream, to ensure an acceptable threshold for the concentration of suspended sediment downstream of the section under consideration. Model validation of «Rivière-aux-Sables» in steady scheme, obtained by a comparison between the simulation results using numerical models HEC-RAS 4.1 and SRH 1-D, shows that the difference between the profiles water line is very small and it increases with the increase in flow. The hydraulic and geometric characteristics in steady represent the initial conditions of the river and allow the simulation of the unsteady flow coupled to the transport of suspended sediment. The calibration parameters of the numerical model SRH 1-D to simulate the evolution of the concentration of suspended sediment, gives results that are closer to observational data on «Rivière-aux-Sables». The exploitation of the hydro-sedimentary model of the river resulting from the calibration is performed by an optimization study on water discharge to pass the river following the sediment loads likely to be released upstream. The relationship between the liquid flow to transit in the «Rivière-aux-Sables» and the amount of sediment to released upstream to ensure the permitted threshold for the concentration of sediment downstream is determined.


identifier: Valancin, A. (2012). Étude de l'effet de la sous-expression de l'enzyme triosephosphate isomérase cytosolique sur le métabolisme de cellules de pomme de terre à l'aide d'un modèle métabolique cinétique  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le métabolisme végétal est complexe et démontre une grande flexibilité face à des changements environnementaux tels que des variations de température, ou encore un manque de nutriments ou même d'eau. Aussi, même si les grandes voies et acteurs du réseau métabolique sont désormais bien décrits, il est encore très difficile de prédire les effets que peuvent avoir des changements dans une voie métabolique précise sur l'ensemble du système biologique. La régulation métabolique n'étant que partiellement décrite à ce jour. En particulier, le rôle de la triosephosphate isomérase (cTPI) cytosolique, une enzyme responsable d'une réaction située au milieu de la glycolyse, à la jonction avec la synthèse des triglycérides et la voie des pentoses phosphate, demande à être éclairci. Pour cette raison, deux clones de racines chevelues de Solanum tuberosum ont été étudiés dans ce projet, l'un servant de contrôle, l'autre, transgénique, présentant un niveau d'expression en TPI cytosolique diminué de 90% via de l'ARN antisens.   Deux cultures de 7 jours en flacons agités ont été réalisées avec les clones “contrôle” et “cTPI antisens”. Des mesures quotidiennes des concentrations extracellulaires en nutriments, ainsi qu'intracellulaires en sucres phosphatés et acides organiques ont été réalisées. Un modèle métabolique cinétique, calibré sur les données recueillies et basé sur des travaux antérieurs de l'équipe de recherche, a été développé. Le modèle comprend 31 réactions décrivant les voies métaboliques importantes telles que la glycolyse, la voie des pentoses phosphates, le cycle de Krebs, et certaines réactions anaboliques pour un total de 40 métabolites considérés. Il a été observé que certaines concentrations métaboliques (nutriments, partie basse de la glycolyse et à l'intérieur du cycle TCA) étaient significativement modifiées dans le clone à faible expression en cTPI, et donc que le  métabolisme avait bien été affecté. Les simulations effectuées par utilisation du modèle ont également révélé que certains flux métaboliques différaient entre le contrôle et l'antisens cTPI. En particulier, les échanges entre la glycolyse et la voie des pentoses phosphates sont intensifiés alors que certains taux de réactions dans la partie basse de la glycolyse et dans le cycle TCA sont diminués. Finalement, ces travaux de maîtrise apportent un nouvel éclairage sur le rôle de la cTPI dans le métabolisme végétal, et sur l'intérêt d'utiliser un modèle mathématique dans des travaux de compréhension dudit métabolisme.  ABSTRACT: Plant cell metabolism is complex and shows a strong flexibility towards environmental modifications as temperature shift, water stress, or lack of nutrients. Even if the main pathways and intermediates of metabolism are well described, predicting the effect of certain changes on the metabolism remains a difficult task because of the lack of knowledge on metabolic regulation. Cytosolic triosephosphate isomerase (cTPI) is the enzyme in charge of a reaction located in the middle of the glycolysis, at the junction with the pentose phosphate pathway and the triglycerides synthesis. In order to better understand its role within plant metabolism, two hairy roots clones were studied: one as a control and the other one, transgenic, with cytosolic TPI expression level decrease by 90% via a RNA-antisense.  Two 7-days batch cultures in shake flasks were performed for the comparison of these two clones “control” and “cTPI antisense”. Measurements of major extracellular nutrients, and intracellular sugars phosphates, and organic acids were performed on samples taken daily. We used these data to develop a kinetic-metabolic metabolic model based on previous works in the group. The model includes 31 reactions describing important pathways of primary metabolism such as glycolysis, pentose phosphate pathway (PPP), TCA cycle as well as some anabolic reactions for a total of 40 metabolites taken into account.  We observed that specific nutrients concentrations as well as intracellular metabolites were significantly modified, primarily in the, the down-part of the glycolysis and the TCA cycle, meaning that the decrease in cTPI affected the metabolism. The use of the kinetic-metabolic model also revealed that certain metabolic fluxes were also modified. Exchanges between glycolysis and the PPP were increased whereas the down-part of the glycolysis and some TCA cycle reactions were lowered in the cTPI antisense clone. Finally, this work gives a new insight on the role of cTPI in plant cell metabolism and how a mathematical model can help in metabolism understanding.


identifier: Hashem, M. (2012). Study on the Homogenization Speed in a Tank Equipped with Maxblend Impeller  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le but de ce travail est de caractériser expérimentalement la performance du mélangeur Maxblend dans le cas de suspensions solides. De par le très grand nombre d'applications industrielles qui utilisent le mélange solide-liquide, d'importants efforts ont été mis en œuvre pour améliorer la compréhension de cette opération. Le principal objectif du mélange solide-liquide est de créer et de maintenir l'homogénéisation de la suspension. De telles opérations étant généralement réalisées dans des cuves agitées mécaniquement, le choix d'un agitateur à haute performance est primordial pour assurer à la fois la dispersion des particules et leur suspension. L'agitateur Maxblend est un des plus efficaces parmi la nouvelle génération de mélangeur. Il est composé d'une large pale, située au bas de la cuve, et d'une grille sur la partie supérieure. La pale joue le rôle d'une pompe et la grille permet de créer la dispersion. Le mélangeur Maxblend est une alternative intéressante aux agitateurs raclant et est utilisé dans différents procédés, allant de la dispersion de gaz à la polymérisation. Dans ce travail, une étude expérimentale a été réalisée pour caractériser la performance d'un système de mélange équipé d'un agitateur Maxblend et d'une cuve cylindrique, dans le cas des fluides newtoniens. La vitesse d'homogénéisation (NH), correspondant à la vitesse critique pour obtenir une suspension uniforme, est mesurée par tomographie à résistance électrique. Le travail expérimental a permis d'obtenir, pour diverses viscosités de fluides, la puissance consommée et le temps de mélange. De plus, l'impact de la géométrie de la cuve, de l'espace entre le fond de la cuve et l'agitateur, ainsi que la quantité de solide sur l'efficacité de l'agitateur à générer la suspension ont été étudiés. En se basant sur ces résultats, il est possible de confirmer que le Maxblend est un mélangeur performant, puisqu'il permet d'obtenir une suspension uniforme, un temps de mélange court avec une faible consommation d'énergie. Mots clé: Mélange, Suspension, Solide-Liquide, Maxblend, Newtonien, fluide visqueux, Suspension homogène.  ABSTRACT: The goal of this work is to characterize experimentally the performance of a Maxblend impeller for solid suspensions. Significant efforts have been devoted to better understand the solid liquid mixing phenomena, because of the large number of industrial applications of this operation. The major objective of solid-liquid mixing is to first create and then maintain homogenous slurry conditions. Such operations are commonly carried out in tanks stirred by suitable mechanical agitators. The important point in designing a solid-liquid suspension is choosing a high performance impeller for achieving both the dispersion of the particles and their suspension, at the same time.  The Maxblend impeller is one of the most efficient kinds of the new generation impellers. It is composed of a large bottom paddle and an upper grid. The paddle acts as a pump and the grid provides dispersion capabilities. The Maxblend impeller represents an interesting alternative to close clearance impellers and it has been used in many different processes ranging from gas dispersion to polymerizations. In this study, an experimental investigation is carried out to characterize the mixing performance, for Newtonian fluids in a cylindrical tank equipped with a Maxblend impeller.  The homogenization speed (NH) is introduced as the critical speed for the uniform suspension and it is measured by Electrical Resistance Tomography. The experimental work consisted in obtaining the power consumption and the mixing time for various liquid viscosities in Maxblend. Also the effects of vessel geometry, off-bottom clearance and solid loading on solid suspension efficiency are investigated. According to the results, it can be confirmed that Maxblend is an interesting technology to obtain a uniform suspension in light of short mixing time and low power consumption. Key Words: Mixing, Suspension, Solid-Liquid, Maxblend, Newtonian, Viscous fluid, Homogeneous suspension


identifier: Guntzburger, Y. (2012). Une méthode expérimentale d'évaluation globale du pompage d'un agitateur - application au mélangeur Maxblendtm en milieux newtonien et non-newtonien  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Une méthode expérimentale permettant l'évaluation du pompage global d'un agitateur et basée sur la technique de décoloration a été développée dans cette étude. Actuellement, les méthodes expérimentales les plus utilisées pour déterminer localement le pompage d'un agitateur sont la vélocimétrie par image de particules (PIV) et la vélocimétrie laser (LDV), méthodes coûteuses et complexes. Cette nouvelle méthode proposée ici est simple d'utilisation, peu coûteuse et peut être utilisée afin de rapidement combler les manques dans la littérature relatifs aux effets de la géométrie de l'agitateur ou de la rhéologie du fluide sur le pompage généré par un système de mélange. Cette méthode a tout d'abord été validée en évaluant le pompage généré par des agitateurs bien documentés dans la littérature. Ces agitateurs sont une turbine Rushton à six pales (RT), une turbine à pales inclinées (PBT) et un hydrofoil à trois pales (HP). Ces agitateurs ont été testés en milieu newtonien. La capacité de pompage du Maxblend™ a par la suite été évaluée en milieu newtonien et non-newtonien, en régime transitoire et turbulent, puis comparée aux précédents agitateurs. Ainsi, si l'on considère la capacité de pompage normalisée par la puissance consommée, l'hydrofoil est l'agitateur le plus performant en turbulence complète (Nq*g = 2,8) grâce à sa faible consommation de puissance, suivit par la turbine à pales inclinées (Nq*g = 0,94), le Maxblend™ (Nq*g = 0,77) et finalement la turbine Rushton (Nq*g = 0,4). Cependant, le mélangeur Maxblend™ génère les meilleurs résultats en termes de temps de mélange sur la gamme complète de nombre de Reynolds testée. Finalement, la rhéologie du fluide ne semble que peu affecter les performances du mélangeur Maxblend™ en termes de temps de mélange et de capacité de pompage en régime transitoire et turbulent. En revanche, pour des nombres de Reynolds inférieur à 10, le Maxblend™ a généré des situations de mélange pathologiques avec le fluide non newtonien. Mots clefs: méthode expérimentale, capacité de pompage global, mélangeur Maxblend™, fluides newtoniens et non-newtoniens.  ABSTRACT: This investigation introduces an experimental method to determine the macro pumping capacity of an impeller in a transparent vessel using a decolorization method, contrary to commonly used experimental methods such as Particle Image Velocimetry (PIV) and Laser Doppler Velocimetry (LDV). This new inexpensive and easy-to-use method can be employed to quickly fill the lack of data available in the literature about geometrical effects on the global pumping efficiency of an impeller. This method was first applied to three well-known mixing systems and a Newtonian fluid to assess its reliability and accuracy: a six blades Rushton turbine (RT), a pitched blade turbine (PBT) with four 45° blades, and a three-blade hydrofoil propeller (HP). The global pumping capacity of the Maxblend™ impeller is then evaluated for both Newtonian and non-Newtonian fluids and compared to the other impellers in the transient to the turbulent regime. As results, considering the global pumping number normalized by the power consumption (Nq*g), the hydrofoil appears to be the most efficient (Nq*g = 2.8) in the fully turbulent regime. However, in terms of mixing time, the Maxblend™ impeller shows the best results over the entire range of Reynolds numbers. Finally, the shear-thinning behavior of the non-Newtonian fluid used does not affect the Maxblend™ impeller pumping and mixing capacity for Reynolds numbers below 80. Keywords: experimental method, global pumping capacity, Maxblend™ impeller, Newtonian, non-Newtonian.


identifier: Couturier, P. (2012). Optimisation robuste des aéronefs et des groupes turboréacteurs  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les prochaines générations d'aéronefs et de groupes motopropulseurs devront rencontrer et peut-être anticiper des contraintes d'opération de plus en plus strictes. Cette évolution des exigences de design provient de l'impact cumulatif d'un resserrement des normes environnementales en ce qui a trait à la pollution atmosphérique et sonore, d'un épuisement progressif des réserves en carburants fossiles qui occasionnera une augmentation du coût du carburant, ainsi qu'une augmentation continue du trafic aérien. Afin de s'adapter à ces changements dans le marché, les compagnies d'aéronef et de moteur vont devoir explorer l'éventail possible de bénéfices et de risques associés à une plage plus grande de nouveaux designs et de technologies. En même temps, il sera necessaire d'assurer que le produit constitue une solution rentable lorsqu'opéré dans l'environnement économique futur prévu pour la prochaine génération d'avion. L'objectif de cette étude est de développer une méthodologie permettant l'obtention de designs préliminaires optimaux robustes aux incertitudes et de quantifier le compromis entre un design robuste et un gain potentiel en performance. La méthodologie développée est appliquée à un avion régional de soixante-dix places afin de déterminer l'impact de l'incertitude. L'approche cherche à optimiser le design tout en minimisant sa sensibilité aux incertitudes. Le but est de réduire les risques que le design nécessite des corrections coûteuses à un stade plus avancé dans le processus de design. Une plateforme de design a été développée afin de permettre l'étude en mode conceptuel des performances de l'avion et du moteur. Celle-ci comprend quatre modules incluant : le logiciel de design et de performance d'avion Pacelab APD, un métamodèle construit avec le logiciel GasTurb pour la performance du moteur, un module de prédiction du niveau de bruit, ainsi qu'un module permettant de calculer les coûts d'exploitation. Ces deux derniers furent construits à partir de données de la litterature. L'impact associé à deux types d'incertitudes présents au stade préliminaire de design a été étudié. Ceux-ci sont l'incertitude qui se rapporte aux prévisions du marché lorsque la prochaine génération d'avion va être en service, ainsi que l'incertitude du niveau de fidélité des modèles. D'après des prédictions du prix du brut pour le futur, la recherche a déterminé qu'un avion conçu avec une vitesse de croisière similaire aux avions à réaction d'aujourd'hui va minimiser la moyenne des coûts d'exploitation en adoptant une configuration qui minimise la consommation de carburant. Inversement, il a été déterminé que le prix du carburant n'a pas d'influence sur le design optimisé lorsque la moyenne des coûts d'exploitation est minimisée avec un nombre de Mach en croisiere variable.  ABSTRACT: " Future aircraft and powerplant designs will need to meet and perhaps anticipate increasingly demanding operational constraints. This progressive evolution in design requirements is already at work and arises from the combined impacts of increasingly stringent environmental norms with regards to noise and atmospheric emissions, a depletion of fossil fuel reserves which is expected to drive fuel costs upwards, as well as a steady increase in air trac. In order to adapt to these market shifts, aircraft and powerplant companies will need to explore the potential range of benefits and risks associated with a wide spectrum of new designs and technologies. At the same time, it will be necessary to ensure that the resulting end products provide cost effective solutions when operated in the economic environment foreseen for the next generation of aircrafts. The objective of this study is to develop a methodology which enables the selection of optimal robust designs at the preliminary design stage as well as to quantify the compromise between a robust design and a potential gain in performance. The developed methodology is used in the design of a seventy passenger aircraft in order to determine the effects of uncertainty. The methodology seeks to optimize the design while attenuating its sensitivity to uncertainties. The goal is to reduce the likelihood of costly concept reformulations in the later stages of the product development process. A design platform was developed to enable the study at a conceptual level of aircraft and engine performance. It comprises four modules namely: the aircraft design and performance software Pacelab APD, a metamodel constructed with the software GasTurb to calculate engine performance, a module to predict the noise level, and a module to determine the operating costs. The last two modules were constructed using data from the literature. The effects related to two types of uncertainties present at the preliminary design stage were analyzed. These are uncertainties related to the market forecast for when the next generation of aircrafts will be in service as well as uncertainties of the level of delity of the models used. Based on predictions for future oil costs, the research found that an aircraft built for a similar cruising speed as today's jet aircrafts will minimize the mean of the predicted operating cost by having a configuration that minimizes fuel consumption. Conversely, it has been determined that fuel cost does not affect the design optimized to minimize the mean of the predicted operating costs when the cruise Mach number is variable. Furthermore, the use of Pareto fronts in order to quantify the compromise between a robust design and a potential gain in performance showed that the design variables have little infuence on the sensitivity of the operating cost subject to model uncertainties. It has also been determined that neglecting uncertainties during the design process can lead to the selection of a configuration with a high risk of not satisfying the constraints.


identifier: Maani, A. (2012). Relationship Between Rheology, Morphology and Foamability of Thermoplastic Olefin (TPO) Blends  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Dues aux propriétés uniques des oléfines thermoplastiques (TPO), cette classe de mélange polymères a suscité un grand intérêt de la part de l'industrie de transformation des polymères. Bien que plusieurs projets de recherche ont été consacrés à l'étude de la microstructure et des propriétés diverses de ces matériaux, le comportement moussant des TPO n'a pas encore été totalement élucidé. Le but de cette étude est de contrôler le comportement moussant des TPO par la compréhension du rôle des propriétés rhéologiques et morphologiques dans la formation des structures cellulaires. Une attention particulière est accordée au phénomène de coalescence des phases qui joue un rôle majeur dans le développement de la morphologie des mélanges polymères. À cet égard, l'étendue de la coalescence causée par l'écoulement dans les TPO a été tout d'abord étudiée au moyen d'une approche rhéologique. Un modèle rhéologique en régime transitoire a été utilisé pour décrire l'évolution de la morphologie des mélanges pendant le cisaillement soumis à un champ de contraintes de cisaillement homogène. L'étude de TPO avec différentes concentrations a montré que les modèles phénoménologiques en régime transitoire peuvent être utilisés pour simuler la coalescence et pour décrire l'influence de la fréquence de collision en fonction de la fraction volumique. Il a aussi été montré que la coalescence est favorisée par une viscosité des inclusions plus faible. Cela a été attribué à l'augmentation de la mobilité interfaciale qui peut réduire le temps de drainage et faciliter la collision de deux gouttes qui s'approchent l'une de l'autre.  Pour contrôler l'extension de la coalescence des phases, dans la seconde partie de cette étude, une compatibilisation réactive a été réalisée. Un polypropylène aminé et un élastomère greffé avec de l'anhydride maléique ont été utilisés pour former des copolymères à l'interface pendant le procédé de mélange réactif à l'état fondu. Les mesures en rhéologie dynamique ont montré que les mélanges compatibilisés se comportent comme des matériaux à l'état de transition sol-gel caractérisée par une viscosité plateau infinie et un comportement en loi de puissance du module élastique aux basses fréquences. Le comportement gélifié des mélanges compatibilisés à basse fréquence a pu être décrit en utilisant un modèle de Zener généralisé avec 3 éléments fractionnels. Les TPO compatibilisés ont aussi montré une amélioration significative de la viscosité en cisaillement transitoire aussi bien qu'un comportement de relaxation des contraintes retardé. Un tel comportement rhéologique a été attribué à la présence d'un réseau structural interconnecté dans les TPO compatibilisés, confirmé par la microscopie à force atomique. Dans la dernière partie de ce projet de recherche, le comportement moussant des TPO a été étudié au moyen d'un bain pressurisé avec du dioxyde de carbone comme agent gonflant. La morphologie des TPO a varié avec la compatibilisation réactive, le recuit statique et la coalescence de la  phase dispersée causée par le cisaillement. La structure cellulaire des TPO expansés a été caractérisée grâce à une technique microscopique capable d'identifier les positions respectives des bulles, de la phase élastomérique dispersée et de la matrice de polypropylène. Les résultats ont montré que la phase élastomérique agit en tant que site de nucléation et la morphologie cellulaire finale des TPO peut être directement corrélée à la structure initiale du mélange. Il a aussi été démontré que les propriétés élongationnelles des TPO fondus joue un rôle primordial dans le contrôle de la coalescence cellulaire. Il a été trouvé que la compatibilisation réactive  était capable de modifier le pouvoir moussant à l'état fondu en augmentant le taux de nucléation et en contrôlant la phase de croissance des bulles nucléées.  ABSTRACT: Due to the unique properties of thermoplastic olefins (TPOs), this class of polymer blends has gained a great interest in the polymer processing industry. Although several researches have been devoted to investigating the microstructure and various properties of these materials, the foaming behavior of the TPOs has not been fully understood yet. The aim of the present study is to control the foaming behavior of TPOs via the understanding of the role of rheological and morphological properties in the formation of cellular structures. A particular attention is paid to the phase coalescence phenomenon, which plays a major role in the morphology development of polymer blends. In this regard the extent of flow induced coalescence in TPOs was firstly investigated by means of a rheological approach. A transient rheological model was employed to describe the morphological evolution of the blends during shearing in a homogeneous shear flow field. Investigating TPOs with different concentrations showed that phenomenological transient models can be used to simulate the coalescence behavior and to account for the variation of collision frequency with volume fraction. It was also shown that the coalescence is favored by a decrease of the viscosity of the inclusions. This was attributed to the increased interfacial mobility, which can reduce the drainage time and facilitate the collision of two approaching drops.  To control the extent of phase coalescence, in the second part of this study, a reactive compatibilization was employed. An aminated polypropylene and a maleic anhydride grafted elastomer were used to form copolymers at the interface during a reactive melt blending process. Dynamic rheological measurements showed that the compatibilized blends behave as materials in the sol gel transition featuring infinite zero shear viscosity and power-law behavior of the elastic moduli at low frequencies. The gel-like behavior of the compatibilized blends at low frequency could be described using a generalized Zener model with 3 fractional elements. The compatibilized TPOs also showed significant enhancements in transient shear viscosities as well as a retarded stress relaxation behavior. Such a rheological behavior was attributed to the presence of an interconnected network structure in the compatibilized TPOs as confirmed by atomic force microscopy. In the last phase of this research, the foaming behavior of the TPOs was investigated by means of a bath setup pressurized with carbon dioxide as blowing agent. The morphology of the TPOs was varied via reactive compatibilization, static annealing and shear induced phase coalescence. The cellular structure of the TPO foams were characterized using a microscopic technique capable of positioning the respective locations of bubbles, dispersed elastomeric phase and the polypropylene matrix. The results showed that the elastomeric phase acts as the nucleating site and the final cellular morphology of the TPOs can be directly correlated to the initial blend microstructure. It was also shown that the melt elongational properties of the TPOs play a major role in controlling the extent of cell coalescence. Reactive compatibilization was found to be capable of modifying the melt foamability via increasing the nucleation rate and controlling the growth stage of the nucleated bubbles.


identifier: Ung, B. (2012). Emerging Microstructured Fibers for Linear and Nonlinear Optical Applications in the Mid-Infrared and Terahertz Spectrum  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les régions spectrales des ondes térahertz (THz) et de l'infrarouge moyen (mIR) représentent les frontières immédiates nous séparant du but d'exploiter le spectre électromagnétique dans son intégralité pour les applications technologiques du futur. La bande spectrale de l'infrarouge moyen couvre les longueurs d'ondes entre 2 et 20 microns du spectre infrarouge. Diverses applications tirant profit du mIR sont envisagées dans de nombreux domaines d intér ts tels: spectroscopie imagerie infrarouge chirurgie laser et bio-diagnostic Malgré les nombreux avantages immédiats pouvant tre tirés des applications du spectre mIR, sa pleine exploitation demeure ce jour limitée en raison d'une part par le manque de sources laser mIR couvrant une large portion de ce domaine spectral En effet la majorité des sources cohérentes mIR actuellement disponibles oscillateurs paramétriques optiques lasers cascades quantiques lasers électrons libres sont discr tes et restreignent ainsi les applications une seule longueur d'onde spécifique la fois. Il existe actuellement une forte demande au sein de l'industrie et la communauté scientifique pour la création d'une source lumineuse cohérente large bande spectrale émettant dans le mIR, et sous une forme compacte. Le premier sujet de recherche de cette thèse se rapporte au design de nouvelles fibres hautement nonlinéaires (FHNL) pour leur utilisation dans la génération de lumière mIR (e.g. génération d'un supercontinuum), et au sein de dispositifs de conversion en longueurs d'onde mIR basés sur des effets optiques nonlinéaires. À cet effet, l'efficacité de génération/conversion de la lumière mIR dépend intimement du contrôle des propriétés optiques linéaires et nonlinéaires du guide d'onde employé dans le système. Au cours de mes travaux, j'ai étudié différents designs de guides d'ondes microstructurés (ou nanostructurés) hautement nonlinéaires et possédant un potentiel pour des applications à impact concret. Plus particulièrement, nous avons démontré deux nouveaux types de FHNL: la fibre optique nanostructurée hybride en chalcogénures-métal qui supporte un mode plasmonique permettant un confinement du champ à des dimensions profondément sous-longueur d'ondes, ainsi que la fibre microporeuse en verres de chalcogénures offrant des possibilités étendues pour le contrôle de la dispersion chromatique dans les fibres optiques nonlinéaires. Par ailleurs, des simulations numériques basées sur l'équation de Schrodinger nonlinéaire, et assumant cette dernière FHNL comme guide d'onde, ont été effectuées et ont démontré leur potentiel pour la génération d'un large supercontinuum mIR dans  ABSTRACT: The terahertz (THz) and middle-infrared spectrum (mIR) represent the next frontiers in the goal of harnessing the whole electromagnetic spectrum in future technological applications. The middle-infrared spectral band covers the wavelengths between 2 and 20 microns in the infrared. A myriad of applications that take advantage of the mIR spectrum are envisioned in several fields of interest such as: spectroscopy, infrared imagery, laser surgery and bio-diagnostic. Despite the numerous immediate benefits that may be reaped from applications of mIR technology, its full exploitation remains limited by the lack of bright and coherent optical sources of mIR light. In fact, the majority of current mIR coherent sources (optical parametric oscillators, quantum cascade lasers, free electron lasers) are discrete and thus restrict applications to a single specific wavelength at a time. Thus there is presently a strong demand within the industrial and academic communities for the creation of a broad bandwidth coherent mIR light source in a compact form factor. The first research topic of my thesis was to design novel highly-nonlinear fibers (HNLFs) to be used in mIR light generation (e.g. supercontinuum generation) and mIR wavelength conversion schemes based on nonlinear optical effects. The efficiency of mIR light generation/conversion depends intimately on the precise control of the linear and nonlinear optical properties of the waveguide used in the optical setup. During the course of this work, we investigated various designs of both microstructured and nanostructured highly-nonlinear waveguides with great potential for end-user applications. In particular, we demonstrated two novel types of HNLFs: the hybrid chalcogenide-metal nanostructured optical fiber that supports a plasmonic mode enabling deep-subwavelength field confinement capabilities, and the chalcogenide microporous fiber that provides extensive design freedom for engineering the chromatic dispersion of nonlinear fibers. Furthermore, simulations of the nonlinear Schrodinger equation, assuming the latter type of HLNF, were performed and showed the potential for generating a broad mIR supercontinuum inside a chalcogenide microporous fiber seeded at long wavelengths (i.e. 10.5 μm) using short picosecond pulses. Furthermore, the study of the hybrid chalcogenide-metal nanostructured optical fiber demonstrated subwavelength-size optical mode confinement beyond the classical diffraction limit. This feat was made possible by harnessing surface plasmon polaritons guided by the


identifier: Carignan, L.-P. (2012). Modélisation, développement et caractérisation de matériaux magnétiques à base de nanofils ferromagnétiques pour les technologies hyperfréquences  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les métamatériaux électromagnétiques, constitués d'éléments dont la taille est très inférieure à la longueur d'onde guidée aux fréquences d'intérêts, font l'object d'intenses recherches depuis plusieurs années, notamment à cause de la possibilité de contrôler les paramètres constitutifs des matériaux, tels les tenseurs de permittivité et de perméabilité. Puisque la performance des dispositifs hyperfréquences repose sur notre capacité à contrôler la permittivité et la perméabilité, et donc les relations de dispersion, des matériaux constituants les dispositifs, les métamatériaux électromagnétiques forment une classe de matériaux prometteurs pour la conception de nouveaux dispositifs hyperfréquences aux performances accrues. Les réseaux de nanofils ferromagnétiques (FMNWAs, pour ferromagnetic nanowire ar-rays) constitués d'inclusions métalliques, magnétiques, cylindriques, de taille nanométrique,dans une matrice hôte diélectrique, possèdent un riche spectre de relations de dispersion aux fréquences micro-ondes accordables à l'aide d'un champ magnétique ; ces métamatériaux magnétiques offrent une possibilité de contrôle additionnel des relations de dispersion des dispositifs hyperfréquences. Une meilleure compréhension de la réponse hyperfréquence des FMNWAs nous permettrait d'évaluer le potentiel technologique de ces matériaux prometteurs. Dans ce contexte de recherche, l'objectif de la thèse est de développer une meilleure compréhension de la réponse hyperfréquence des réseaux de nanofils ferromagnétiques métalliques, cylindriques et verticaux. En particulier, nous sommes intéressés par les FMNWAs fabriqués par des procédés électrochimiques compatibles avec les technologies de fabrication de dispositifs micro-ondes actuelles. Pour répondre à cet objectif, nous développons d'abord un montage permettant de fabriquer des membranes nanoporeuses d'alumine par anodization de l'aluminium. Des membranes d'alumine de 20 et 40 nm sont obtenues par ce procédé de fabrication. Une caractérisation structurelle des membranes nanoporeuses d'alumine par microscopie électronique à balayage montre un arrangement quasi-hexagonal des pores. Des membranes commerciales d'alumine de 170 nm de diam`etre, dont l'arrangement des pores est al´eatoire, sont utilisées pour fins de comparaison. Des nanofils de Ni et d'un alliage de Co95Fe4B1 sont obtenus par ´electrod´eposition à l'intérieur des pores de membranes nanoporeuses d'alumine, utilisées comme matrice hôte. Des FMNWAs de 20, 40 et 170 nm de diamètre, plusieurs microns de longueur, sont obtenus. Une caractérisation de fils individuels de CoFeB par microscopie électronique en transmission montre une texture nanocristalline.  ABSTRACT: Electromagnetic metamaterials, constituted of elements much smaller than the guided wavelength at frequencies of interest, have been actively studied in the past years, mainly because of the possibility of controlling the constitutive parameters of materials, such as the permittivity and permeability tensors. Since the performance of microwave and millimeter wave devices rely on our ability to control the dispersion relation of the materials used in these devices, via the permittivity and permeability tensors, electromagnetic metamaterials are promising for the design of novel high frequency devices with enhanced performances. Ferromagnetic nanowire arrays (FMNWAs) constituted of cylindrical metallic, magnetic, wires embedded in dielectric membranes possess a rich dispersion relation spectrum at microwave frequencies, tunable with a magnetic field. These magnetic metamaterials offer many possibilities for adjusting the dispersion relation of high frequency devices. A better understanding of the high frequency response of FMNWAs would allow us to evaluate the potential of these promising materials. Within this context, the main goal of the thesis is to develop a better understanding of the high frequency response of ferromagnetic nanowire arrays, constituted of vertically aligned cylindrical, metallic, magnetic, wires. More precisely, we are interested in FMNWAs obtained using electrochemical techniques compatible with currently available microwave device facilities. In order to achieve this goal, we have developed a setup for the fabrication of nanoporous alumina membranes by anodization of aluminum. Nanoporous alumina membranes of 20 and 40 nm diameter in average, are obtained by anodization of aluminum. Scanning electron microscopy images of the alumina membranes reveal a quasi-hexagonal ordering of the pores. For comparison, commercial Whatman alumina membranes, with pores 170 nm diameter, on average, are used. Nickel and Co95Fe4B1 nanowires, several microns long, were obtained by electrodeposition into the pores of the alumina membranes. FMNWAs of 20, 40 and 170 nm diameter are fabricated. X-ray diffraction patterns of invidividual CoFeB nanowires, obtained using a transmission electron microscope, show that the wires are nanocrystalline. We derive a model for the static response of FMNWAs, including the influence of the external magnetic dc field, of dipolar interactions due to the shape of the wires, of interwire dipolar interactions and of an additional uniaxial anisotropy term. The FMWNA is divided into two populations of wires, with oppositely directed magnetization. The intrawire magnetization is assumed uniform. A model is established to calculate intra (shape of


identifier: Madani, A. (2012). Cartographie de l'élévation de l'interface eau douce - eau salée aux Îles-de-la-Madeleine par la méthode électromagnétique transitoire (TEM)  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Ce projet de recherche est dédié à la cartographie de l'élévation de l'interface eau douce-eau salée sur l'archipel des Îles-de-la-Madeleine par la méthode électromagnétique transitoire (TEM) dans le but d'établir un suivi temporel de la qualité des nappes d'eaux souterraines. Soixante treize sondages TEM ont été réalisés entre mai 2010 et juin 2011 sur les zones des puits à Fatima, Étang-du-Nord, Havre-Aux-Maisons, Grande-Entrée et Grosse-Île. Les sondages TEM ont été effectués avec de boucles de 50 m x 50 m et 60 m x 40 m x 2 tours à l'exception de quelques sondages de 100 m x 100 m. Afin de contrôler la qualité de l'eau et d'aider à contraindre l'interprétation des sondages TEM, des diagraphies de conductivité électromagnétique ont été réalisés dans quatre anciens puits d'exploration et quinze puits forés en 2009. L'interprétation des résultats nous montre que la nappe salée est associée à un niveau de résistivité faible entre 2 et 4 Ω.m et son élévation varie de -40 m/nmm à Grande-Entrée et plus de -250 m/nmm à Havre-Aubert. Dans les secteurs Étang-du-Nord Est, Fatima Est et Grande-Entrée, la nappe salée est à faible profondeur près des côtes et s'enfonce vers l'intérieur comme prévu par la relation de Ghyben-Herzberg. Ces trois zones ont été identifiées pour réaliser le suivi temporel des nappes en raison du risque associé à la proximité de puits en exploitation et de la faible élévation de la nappe saline. Les secteurs de Fatima Centre proche des sondages FAT03 et FAT07 et de Havre-Aux-Maisons ont montré des résultats non conforme au modèle hydrogéologique et des travaux supplémentaires sont recommandés pour vérifier l'origine des zones conductrices mises en évidence. En revanche, les résultats de l'interprétation des secteurs de Havre-Aubert et de Grosse-Île ne montrent pas de risque de contamination en raison de la profondeur de la nappe saline. Une modélisation de la zone de mélange entre l'aquifère d'eau douce et la nappe salée a démontré qu'il était difficile de résoudre celle-ci pour des épaisseurs inférieures à 10 m et 30 m pour des profondeurs de 40 et 130 m respectivement. Si la résistivité de la zone de mélange est connue, la résolution est améliorée (5 et 10 m respectivement). Les sondages TEM montrent tous aux temps longs des réponses négatives associées à des effets de polarisation provoquée. Les résultats de l'inversion des sondages TEM affectés par cet effet ont montré que la dispersion proviendrait vraisemblablement des couches superficielles.  ABSTRACT: This research project is dedicated to mapping the elevation of the freshwater-saltwater interface in Magdalen Islands using the transient electromagnetic method (TEM) in order to monitor time-varying quality of groundwater tables. Seventy-three TEM soundings were conducted between May 2010 and June 2011 close to Well regions in Fatima, Étang-du-Nord, Havre-Aux-Maisons, Grande-Entrée and Grosse-Île. TEM soundings were carried out with loops of 50 m x 50 m and 60 m x 40 m x 2 turns except some surveys of 100 m x 100 m. To control water quality and help constrain the interpretation of TEM soundings, conductivity logs were made in four previous exploration wells and fifteen wells drilled in 2009. Results show that saline water is associated with a low resistivity level between 2 and 4 Ω.m and its elevation ranges from -40 m at Grand- Entrée and more than -250 m at Havre-Aubert. In Étang-du-Nord east, Fatima east and Grande- Entrée, saline water is shallow near shore and plunges inward as expected by the Ghyben Herzberg relation. These three areas have been identified to achieve the time-lapse monitoring of groundwater because of the risk associated with the proximity of wells in operation and the low elevation of saline water. Fatima center area close to FAT03 and FAT07 soundings and Havre-Aux-Maisons showed inconsistent results with the hydrogeological model, further work is recommended to verify the origin of the conductive areas highlighted. However, the results of the interpretation of areas at Havre-Aubert and Grosse-Île did not show a risk of contamination due to the depth of saline water. Modeling of the transition zone between the freshwater aquifer and the saline groundwater has demonstrated that it was difficult to solve it for thicknesses below 10 m and 30 m to depths of 40 and 130 m respectively. If the resistivity of the transition zone is known, the resolution is improved (5 and 10 m respectively). TEM soundings showed negative responses at late time associated with induced polarization (IP) effects. The inversion results of TEM soundings affected by this effect have shown that this dispersion most likely originates from near-surface layers. Chargeabilities ranging from 0.8 to 0.9 were obtained on the TEM soundings processed. The origin of this chargeability is currently unknown but could be related to the presence of fine material (clay). IP effect has not prevented determination of the saline water to a maximum depth of 250 m.


identifier: Pochet, S. (2012). Développement d'un système pour la mesure du taux de vide dans un écoulement diphasique par une méthode utilisant des micro-ondes  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La mesure du taux de vide est un paramètre important dans de nombreux secteurs industriels. Que ce soit pour prévenir le phénomène de flux de chaleur critique dans les tubes caloporteurs de centrales thermiques, l'explosion de poches de gaz remontant aux plates formes pétrolières ou encore la présence de bulles dans des cathéters médicaux, la connaissance du taux de vide est un paramètre déterminant dans nombres d'applications aussi diverses que variées. Plusieurs techniques de mesure intrusives et non intrusives ont été développées ces dernières décennies utilisant la différence des propriétés physiques des fluides lorsqu'ils se trouvent à l'état liquide ou gazeux. Certaines de ces techniques ne sont pas toujours possibles à mettre en place à cause de restrictions dans la géométrie et les propriétés des canaux d'écoulement ou de normes de règlementation limitant leur utilisation. Nous proposons dans ce travail une nouvelle technique non intrusive de mesure de taux de vide d'un écoulement diphasique basé sur la réflexion d'ondes électromagnétiques à l'interface eau-air d'un mélange. La réflexion des ondes est induite par un changement de l'impédance du milieu de propagation. L'impédance est fonction des propriétés diélectriques de ce milieu. Les caractéristiques physiques de l'eau et de l'air étant distinctes, on peut calculer le coefficient de réflexion complexe à l'interface d'un milieu diphasique. Dans cette optique, une modélisation mathématique de la réponse d'une onde électromagnétique dans un tube contenant un mélange diphasique a été faite en utilisant le modèle des lignes de transmission, applicable aux fréquences micro-ondes que nous utilisons. Les effets de la quantité d'air dans l'eau ainsi que la position des bulles dans la section du tube (configuration de l'écoulement) ont été simulées. Il a été montré que la phase de l'onde réfléchie était sensible à la position de bulles dans la section de tube et que la norme du coefficient de réflexion variait en fonction du taux de vide de l'écoulement. Dans un second temps, nous avons conçu et construit un système de réflectomètre sixports fonctionnant à la fréquence de 2.45 GHz. Ce système permet le traitement et le calcul du coefficient de réflexion de l'onde réfléchie par rapport à l'onde incidente. Un réseau six-ports, une antenne de type ‘patch', un générateur d'onde, et un amplificateur ont été simulés à l'aide des logiciels ADS et HFSS. Ces composants ont été ensuite construits en utilisant la technologie des micro-rubans sur substrat diélectrique, puis l'ensemble du réflectomètre a été étalonné à 6 fréquences distinctes proches de 2.45 GHz. Pour ce faire, on a utilisé des  ABSTRACT: The measurement of the void fraction is an important parameter in many industrial fields. Whether it is to prevent the phenomenon of critical heat flux in heat tube of thermal power plants, the explosion of gas pockets in oil rigs' pipes or to detect bubbles in medical catheters, the knowledge of the void fraction can be a key parameter in many diverse applications. Several invasive and non-invasive measurements techniques have been developed these last decades and are based on the difference between the physical properties of liquid and gas. Some of these techniques are not always possible to implement due to restrictions in the geometry of tubes or regulatory standards limiting their use. Throughout this work we propose a new non-invasive void fraction measurement technique based on the reflection of electromagnetic waves on the water-air interface of the mixture. The reflection of electromagnetic wave is induced by a change in the impedance of the propagation medium. The impedance is function of the dielectric properties of the medium. The characteristics of air and water being distinct, it is possible to calculate the complex reflection coefficient at the interface of a double phase mixture. To this end, mathematical modeling of the response of an electromagnetic wave in a tube containing a two phase mixture was made using the model of transmission lines, applicable to microwave frequencies we use. The effects of the amount of air in water and the position of the bubbles in the section of the tube were simulated. It was shown that the phase of the reflected wave was sensitive to the position of bubbles in the tube's section and that the magnitude of the reflection coefficient varied with the mixture's void fraction. Subsequently, we designed and built a six-ports reflectometer operating at 2.45 GHz. This system allows the processing and calculation of the reflected wave from the incident wave. A six-ports network, a patch antenna, a wave generator and an amplifier were simulated using HFSS and ADS software. They were then built using the technology of micro-strips on dielectric laminates and the entire system was then calibrated at 6 different frequencies near 2.45 GHz. To this end, we used 4 and 5 loads calibration algorithms that gave us calibrated results with less than 2 % errors. Afterwards, the system was implemented: the antenna was placed tangent to the wall of a vertical tube and connected to the six-ports which was connected to a computer recording and


identifier: Boyer, P. (2012). Propriétés structurelles et magnétiques d'alliages de nanoparticules fabriquées par procédés lasers pour des applications biomédicales  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Cette thèse a comme objectif d'étudier l'aimantation des nanoparticules magnétiques dont les diamètres se situent autour de 10 nm. L'objectif général est de comprendre certains des phénomènes qui modifient l'aimantation tels que l'oxydation et d'élaborer des traitements pour augmenter son amplitude. Dans un premier temps, afin de pouvoir étudier les propriétés de plusieurs matériaux, un procédé de synthèse par laser femtoseconde a été développé et amélioré afin de pouvoir fabriquer des nanoparticules en milieu liquide en absence de surfactants tout en gardant un contrôle adéquat sur leur taille et leur dispersion. Puis, l'aimantation des alliages composés de fer, de cobalt et de nickel a été étudiée et comparée à la courbe de Slater-Pauling. Le troisième volet consiste en la fabrication de structures hétérogènes de cobalt et d'or afin de chercher à maximiser l'aimantation à saturation des nanoparticules. La synthèse de nanoparticules s'est principalement effectuée autour du cobalt car il est reconnu pour s'oxyder facilement et il exige que le procédé de fabrication soit bien contrôlé afin d'éviter une oxydation complète du coeur de la particule. Dans cette optique, nous avons développé un procédé d'ablation et de fragmentation en présence d'une solution dégazée par un flux d'azote ou d'argon afin de retirer l'oxygène dissout naturellement. Ce faisant, nous avons pu observer une réduction d'environ 5 fois du volume de l'oxyde tout en conservant les paramètres lasers identiques. Le milieu liquide peut aussi favoriser l'oxydation lorsque celui-ci se décompose sous l'influence de l'impulsion laser comme pour l'eau alors que le toluène fige les particules dans des structures de carbone. Cependant, l'influence principale du solvant provient de sa capacité à stabiliser les nanoparticules en solution. Bien que les particules ne changent pas de taille à la température ambiante, et ce même s'ils peuvent entrer en contact par collisions browniennes, ils seront en mesure de pouvoir s'unir et se remodeler à plus haute température. Or, les nanoparticules se retrouvent excitées en solution lorsque le faisceau laser les traverse et leur augmentation de température sera d'autant plus grande que la fluence de l'impulsion sera élevée, c'est-à-dire près du point focal. La probabilité de collision entre deux nanoparticules chaudes peut être déterminée à partir de la théorique péricinétique du modèle DLVO (modèle décrivant la force d'interaction entre des surfaces chargées au travers d'un milieu liquide). Cependant, en l'absence de surfactants et de sels ioniques, nous montrons que la répulsion électrostatique sera contrôlée via la polarité de la solution qui écrantera le potentiel de surface des nanoparticules  ABSTRACT: The goal of this thesis is to study the magnetization of magnetic nanoparticles with diameters around 10 nm. The main objective is to understand some of the phenomena that alter the magnetization, like oxidation, and to conceive processes to increase its amplitude. As a first step, in order to study the properties of many materials, a synthesis process using a femtosecond laser has been developed and improved, enabling the fabrication of nanoparticles in a liquid medium without using surfactants while keeping an adequate control over their diameter and size dispersion. Then, the magnetization of nanoparticle alloys made from iron, cobalt and nickel has been studied and compared to the expected Slater-Pauling bulk behaviour. The third step consists of the fabrication of heterogeneous structures of cobalt and gold in order to maximise the nanoparticles' saturation magnetization. The nanoparticle synthesis has mainly involved cobalt cores because Co is known to oxidize easily in the presence of oxygen. This requires that the fabrication process be well controlled in order to avoid complete oxidation of the nanoparticle core. From this perspective, we have developed a process of ablation and fragmentation in a solution degassed by a flux of nitrogen or argon to remove the oxygen dissolved naturally in liquids. Doing so, we have observed that the oxide volume was reduced roughly by a factor of 5 while keeping the same laser parameters. The liquid medium can also favour oxidation when it is decomposed by the laser pulse, as seen in water, while in toluene, particles are fixed in a carbon matrix. Nevertheless, the main solvent influence originates from its capacity to stabilise the nanoparticles in solution. While the particles do not change size at room temperature, even though they can collide due to Brownian motion, they will be able to bond and reshape at higher temperature. In liquids, the nanoparticles will be excited upon interaction with the laser beam, yielding a temperature rise that will increase as the fluence rises, i.e. near the focal point. The probability of collision between two hot nanoparticles can be calculated, based on the perikinetic theory from the DLVO model. However, in the absence of surfactants and ionic salts, we show that the electrostatic repulsion can be controlled via the solvent polarity that screens the nanoparticles surface potential, as would be the case for charged ions. As such, solvents with a higher polarity, like methanol, contribute to the lowering of the ionic double layer thickness, increasing the probability of a growth event to occur. Conversely, solvents with a lower polarity, like toluene, will not efficiently screen the


identifier: Mohtaram Ghalati, A. (2012). Mediterranean union integration : An augmented gravity model  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Ces jours-ci, globalisation a formé l'environnement économique du monde d'un côté et de l'autre côté, conduit à surligner l'importance d'intégration économique. Donc, l'augmentation de la vitesse du développement des entreprises et des pays après l'intégration n'est pas un grand surpris. Les études récentes ont montré la création des alliances ou réseaux économiques est une des méthodes des plus effectives pour faire face aux nouvelles opportunités et défis mondiale. La question principale c'est que si l'union monétaire doit être suivie est adressée par OCA, qui est un point de départ utile pour quelconque discussion sur l'intégration régionale. Le but de cette étude est l'analyse du niveau d'intégration entre les pays du Moyen-Orient et pays Afrique du nord en relation avec l'union européenne. En fait, le niveau d'intégration entre trois régions est étudié, l'Union Méditerranéenne, la région du MENA et huit pays choisis de la région MENA. L'étude présente sélectionne 12 pays de la région MENA et EU dans son ensemble. Tous les pays Méditerranéens ne sont pas inclus dans cette étude à cause de quelques barrières incluant indisponibilité des données. 12 pays la région du MENA sont Albanie, Algérie, Croatie, Égypte, Israël, Jordanie, Liban, Mauritanie,Maroc,Syrie,TunisieetTurquie. Un modèle de la gravité augmentée est utilisé. La variable dépendant de ce modèle est l'export de la chaque économie à ses partenaires. Les variables indépendantes sont : les variables de la gravité traditionnelle, les variables d'Hecksher Ohlin et variables de convergence. On utilise aussi analyse section transversale des séries chronologiques basant sur le commerce bilatéral. Les données couvrent la période du 1995 à 2010. Notre analyse indique que la perspective pour plus d'intégration des trois régions est espérant et encouragent mais encore il reste plusieurs défis. Ces trois défis doivent être comme les relations politiques ou quelques bloquent économiques existants, qui fournissent un tremplin vers l'union monétaire plus grand.  ABSTRACT: Nowadays, the forces of globalization, on the one hand, have shaped the world's economic environment and on the other hand, led to the increased importance of economic integration. Hence, a faster growth of corporations and countries after they integrated is not a big surprise. Recent studies have shown that the creation of an economic alliance or network is one of the most effective methods to face new global economic opportunities and challenges. The central question of whether a monetary union should be pursued is addressed by the OCA, which is a useful starting point for any discussion on regional integration. The goal of this study is to analyse the level of integration among the Middle Eastern and North African countries, in relationship with the European Union. In fact, the level of integration in three regions is examined: the Mediterranean Union, the MENA region and eight selected countries from the MENA region. The present study selects 12 countries within the MENA region and the EU as a whole. All countries of the Mediterranean region are not included in this study due to some barriers such as the unavailability of data. 12 countries from the MENA region are Albania, Algeria, Croatia, Egypt, Israel, Jordan, Lebanon, Mauritania, Morocco, Syria, Tunisia, and Turkey. An augmented gravity model is used. The dependent variable in this model is exports from each economy to its partners. Independent variables are: traditional gravity variables, Hecksher Ohlin variables and convergence variables. We use a cross-section time-series analysis based on the bilateral trade. The data cover the period from 1995 to 2010. Our analysis shows that the prospect for further integration of the three regions is promising and looks encouraging, but many challenges still persist. These challenges could be such as political relationships or some existing economic blocks, which provide a first stepping stone to a larger currency union.


identifier: Hartinger, A. (2012). Détection du cancer de la peau par tomographie d'impédance électrique  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Au cours des trente dernières années, l'augmentation du taux d'incidence du cancer de la peau a été la plus importante parmi tous les cancers. Le diagnostic précoce du cancer de la peau s'avère important pour minimiser les risques d'évolution en cancer généralisé. Ce diagnostic implique habituellement une inspection visuelle suivie d'une biopsie si la lésion est jugée suspecte par le clinicien. Des études récentes indiquent que le quart des lésions cancéreuses ne sont pas détectées à un stade précoce diminuant ainsi le pronostic du patient. De plus, plusieurs lésions biopsiées s'avèrent non cancéreuses, augmentant ainsi les risques d'infection tout en causant un stress inutile au patient dans l'attente des résultats histopathologiques. Pour détecter précocement le cancer de la peau, une nouvelle technique biomédicale s'avère prometteuse : la tomographie d'impédance électrique (TIE). La TIE est une technique d'imagerie médicale qui permet de visualiser la distribution de conductivité électrique d'une section du corps. Celle-ci se base sur le principe que les propriétés électriques de chaque tissu biologique varient de façon spécifique en fonction de la fréquence. Les images sont reconstruites à partir d'une série de mesures acquises à l'aide d'électrodes placées autour de la région d'intérêt. Ces mesures sont effectuées en utilisant toutes les combinaisons possibles de quatre électrodes : deux pour appliquer un courant de faible amplitude et deux autres pour mesurer la tension résultante. Comme les propriétés électriques des lésions cancéreuses et non cancéreuses diffèrent en fonction de la fréquence, les images de conductivité obtenues par TIE permettraient de les discriminer objectivement. L'objectif général de ce projet de doctorat consiste à développer un système de TIE permettant de détecter le cancer de la peau. Les objectifs spécifiques sont : 1) développer un modèle par éléments finis de la peau, 2) développer les algorithmes de reconstruction d'images, 3) adapter un système de TIE au contexte dermatologique et 4) valider le système en effectuant des tests expérimentaux.  ABSTRACT: Over the past thirty years, skin cancer incidence rate has increased the most significantly among all cancers. Early stage skin cancer diagnosis is essential to minimize risks of developing metastases. Diagnosis usually involves visual inspection followed by histopathological examination if the lesion is suspected malignant by the clinician. Recent studies however suggest that a quarter of lesions remain undetected at an early stage which adversely affects the patient's prognosis. Furthermore, many excised lesions are found not cancerous increasing risks of infection and causing unnecessary stress to the patient awaiting histopathological results. For early stage skin cancer diagnosis, a new biomedical technique seems promising: electrical impedance tomography (EIT). EIT is a medical imaging technique used to visualize the electric conductivity distribution of a body segment. EIT is based on the principle that electrical properties of every biological tissue specifically vary as a function of frequency. Images are reconstructed from a set of measurements acquired with electrodes applied around the region of interest. Measurements are performed using all possible combinations of four electrodes: two are used to apply a low amplitude current while two others are used to measure the resulting voltage.  Since malignant and benign lesions have different cellular characteristics, their impedance signature as a function of frequency differs and they can therefore be objectively discriminated by EIT. The main objective of this PhD project is to develop an EIT system for skin cancer screening. The specific objectives are: 1) to develop a finite element model of the skin, 2) to develop image reconstruction algorithms, 3) to adapt an EIT system to the dermatology context, and 4) to validate the system experimentally. Since no EIT system has been developed for skin cancer screening, a finite element model of the skin was first developed to study the electrical behavior of the skin, identify optimal frequencies to discriminate lesions, and solve the forward problem of EIT.


identifier: Martel Poliquin, É. (2012). Mieux comprendre les déterminants du choix modal  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le concept émergent de mobilité durable appelle à une profonde prise de conscience face aux choix individuels effectués dans le cadre de la mobilité quotidienne. Les modes de transport n'ayant pas tous les mêmes attributs et impacts inhérents, il devient nécessaire de mieux comprendre les déterminants qui peuvent expliquer les choix modaux des individus. Ces nouvelles préoccupations amènent également la nécessité de considérer l'ensemble des modes disponibles lors de l'analyse du choix modal. En se basant principalement sur les données tirées de l'enquête Origine-Destination de Montréal 2008 et sur les fichiers GTFS (General Transit Feed Specification) de la grande région de Montréal, treize variables ont été estimées et mises en corrélation avec le choix modal. De ce nombre, six avaient la particularité d'avoir été estimées de manière égocentrée, c'est-à-dire, au niveau du voisinage immédiat de chaque ménage. Ces dernières ont permis la création par fouille systématique des données, d'une typologie de ménage basée sur les caractéristiques urbanistiques de leur voisinage et d'observer les habitudes modales particulières de ceux-ci. Les choix modaux de deux segments de population (travailleurs et étudiants) ont été modélisés par une méthode de fouille systématique des données en créant un arbre de décision établissant des règles d'attribution de modes selon les variables explicatrices estimées. Ceci a notamment permis de hiérarchiser les variables estimées et de confirmer que la distance parcourue était celle ayant le plus grand pouvoir explicatif. Ceci a mené à l'exploration du concept de distance-seuil afin de quantifier les limites de compétitivité des modes selon la distance. Différents univers de choix modaux ont ensuite été établis en fonction de l'âge et du genre des personnes afin de décrire les différentes options de modes de transports disponibles selon la distance à parcourir. Les distances-seuil ont aussi permis de déterminer la zone de compétitivité de la marche et de ce fait, le potentiel de la marche à Montréal a été calculé en transférant des déplacements motorisés plus courts que la zone de compétitivité de la marche vers le mode marche.  ABSTRACT: The emergence of the sustainable mobility concept calls for a thorough reconsideration of our individual choices made in the context of our daily mobility. Transportation modes do not have the same impacts and properties and therefore, it becomes necessary to better understand the determinants associated with the individual choice of a mode of transportation. These new concerns also lead to the necessity of considering all transportation modes during the analysis of modal choices. With the 2008 Montreal Origin-Destination survey and the Greater Montreal Region GTFS files as main sources of data, thirteen variables have been estimated and correlated with modal choice. Of this number, six had the particularity of being estimated in an egocentric manner, that is, at the level of the immediate neighbourhood of each household. The latter allowed for the creation, using data mining algorithms, of a households' typology based on built environment characteristics of their neighbourhood and to examine their modal habits. The modal choices of two population segments (workers and students) have been modelled using a data mining algorithm by the creation of a decision tree establishing transportation modes attribution rules on the base of the previously estimated variables. This allowed for a hierarchization of the estimated variables and for a confirmation of distance as being the variable with the most explicative power. This lead to the exploration of the threshold-distance concept as a means for quantifying the competitiveness limits between transportation modes, in relation with distance. Different modal choice universes have then been established according to individuals' sex and age in order to describe the different transportation mode options available depending on the distance to be travelled. The threshold-distance concept also allowed for the determination of the competitiveness zone of walking, and thus, the potential of walking in Montreal has been evaluated by transferring motorized trips that are shorter than the competitiveness zone of walking into walking trips.