identifier: Charlot, G. (2012). Rétroaction de la qualité de l'expérience pour améliorer la qualité de service  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Pendant de nombreuses années l'évaluation des réseaux IP a été effectuée de façon objective en mesurant différents critères qui déterminent la qualité du réseau. Ces critères font référence à un ensemble de paramètres de qualité de service (QdS) que doit satisfaire le réseau dans le transport des paquets. Avec l'apparition des trafics multimédias tels que la voix sur IP et la vidéo, les paramètres de QdS, quoique fondamentaux, se révèlent être insuffisants puisqu'ils ne tiennent pas compte de ce qui se passe en amont et en aval du réseau. C'est ce qui explique l'émergence du concept de la qualité de l'expérience (QdE) dans les réseaux IP pour les applications temps réel et interactives. Ce concept, exprimant le niveau de satisfaction de l'usager, permet de tenir compte de ce dernier dans la boucle de service. Ainsi, il s'avère nécessaire de disposer de mécanismes pour contrôler la QdE des usagers et qui sont capables de réagir lorsqu'une dégradation se produit. Les mécanismes proposés jusqu'ici concernent, pour la plupart, les applications de voix sur IP ou la vidéo. Ils agissent le plus souvent au niveau des équipements terminaux particulièrement sur les codeurs ou les décodeurs en modifiant leur débit ou en faisant varier la taille du tampon de la gigue. De ce fait, ils ne sont appropriés que pour les applications multimédias et ne peuvent pas être appliqués à autres applications interactives, les jeux vidéo en ligne par exemple, auxquelles le concept de QdE s'est élargi. De plus, très peu de travaux proposent d'utiliser les métriques de QdE pour avoir de meilleurs mécanismes de QdS. Dans ce mémoire, un nouveau mécanisme est proposé qui, via des techniques utilisées pour faire de la QdS dans les réseaux IP, permet de réagir lorsque la QdE pour une application subit des dégradations. Ce mécanisme comporte deux aspects. Le premier aspect consiste à définir un cadre réaliste pour, d'une part, avoir la rétroaction de la QdE (feed-back) pour tout type d'applications, temps réel et non temps réel; et d'autre part, introduire le feed-back de la QdE (re-feed-back) dans le réseau de sorte que les différents nœuds puissent en être informés. La réinsertion du feed-back de la QdE se fait ‘in band' à travers l'entête IP. Le second aspect consiste à proposer un nouveau mécanisme de classification des paquets par les routeurs internes à un domaine DiffServ. Ce mécanisme permet aux routeurs de tenir compte de la QdE lors de la mise en file d'attente des paquets d'un flot de trafic qui doit bénéficier d'une certaine garantie de QdE. L'information de la QdE sera accessible aux routeurs par le mécanisme de feed-back proposé qui l'écrira dans l'entête des paquets IP. Le mécanisme proposé a été simulé avec le simulateur NS-3. Les résultats obtenus démontrent que l'utilisation du feed-back de la métrique de la QdE dans DiffServ permet d'obtenir de meilleurs résultats de QdE, prouvant ainsi qu'il est possible et utile d'impliquer la QdE dans les mécanismes de QdS.  ABSTRACT: For many years the evaluation of IP networks was carried out objectively by measuring different criteria that determine the quality of the network. Those criteria refer to a set of parameters of quality of service (QoS) that must be satisfied by the network while carrying packets. With the emergence of multimedia traffic such as Voice over IP (VoIP) and video, QoS parameters, though still very important, are yet not enough because they do not take into account what is happening at the end nodes. This has led to the emergence of the new concept of quality of experience (QoE) which expresses the user's satisfaction regarding a given comunication service. Thus it is necessary to develop mechanisms in IP netwoks allowing one to monitor and enhance the users' QoE. So far, proposed mechanisms concern mostly VoIP or video applications and act, most of the time, at the terminal equipment, particularly at the codec to adapt, if possible, the data transmission rate or to modify the jitter buffer size. So, they are only suitable for multimedia applications and they do not take into account other interactive applications like, online games for example, to which QoE concept has widened. In addition, very few works propose to use QoE metrics to enhance QoS mechanisms. In this master thesis, we propose a new mechanism QoS-based mechanism which is able to react when the QoE value of an application goes below a threshold. This mechanism has two aspects. The first aspect is to define a realistic framework to have the QoE information echoed to the receiver on the one hand and secondly to insert the QoE information in the network so that nodes on the path can use it in QoS mechanism. That is done `in band' through IP packet header. The second aspect consists of proposing a new mechanism to classify packets by routers inside a DiffServ domain. This mechanism enables routers to take into account the QoE info. The QoE information will be accessible by the routers by the proposed feedback mechanism.  The proposed mechanism was simulated with the ns-3 simulator. The results show that the use of feedback of the QoE info in DiffServ achieves better QoE results proving that it is possible and useful to involve the QoE in QoS mechanisms.


identifier: Zhao, S. (2012). Historical Trends of Cyanobacteria and their Toxins in Four Eastern Canadian Source Waters  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

type:
Mémoire ou thèse
NonPeerReviewed

abstract: RÉSUMÉ: La mesure in situ des concentrations de cyanotoxines est laborieuse. L'étude de la dynamique des cyanobactéries et cyanotoxines est un complément important dans le domaine de l'eau. L'objectif de cette étude était de déterminer les cyanobactéries dominantes et la relation entre la biomasse et la concentration de cyanotoxines dans quatre lacs du Québec sur la base des données historiques du Ministère du Développement Durable de l'Environnement et des Parc (MDDEP). La dynamique étudiée peut être utilisée comme une base pour établir une méthode efficace pour mesurer rapidement les cyanotoxines et d'assurer une meilleure élimination des cyanotoxines dans l'eau potable. Des campagnes d'échantillonnage ont été effectuées par le MDDEP de 2000 à 2008 dans quatre lacs, Baie Missisquoi, lac Nairne, lac Brome et lac William. Cyanotoxines ont été surveillés et mesurés par des méthodes de laboratoire. Les résultats de ces observations ont permis d'effectuer une vaste surveillance des variations spatio-temporelles de l'abondance de cyanobactéries et des espèces de cyanobactéries et cyanotoxines dans les quatre lacs. L'analyse des données démontre que les concentrations de mcirocystine LR équivalent (MC-LR éq) détectées dans l'écume étaient beaucoup plus élevées que les seuils d'alerte établis par l'organisation mondiale de la santé (OMS). Il'est difficile de déterminer quelles étaient les espèces dominantes les plus abondantes dans l'eau. Cependant, les espèces dominantes ont été facilement identifiées dans l'écume. La concentration d'anatoxine détectée a toujours été faible, même inférieure à la limite de détection (LOD) (Annexe 2). Bien que l'anatoxine soit potentiellement produite par les cyanobactéries, Aphanizomenon flos-aquae et Anabaena flos-aquae étaient les espèces les plus fréquemment présentes dans les échantillons. L'abondance de cyanobactéries potentiellement MC produites dans l'écume était toujours accompagnée de forte concentration de MC-LR éq. L'analyse des données montre que la relation entre la biomasse des cyanobactéries et les concentrations de MC-LR éq n'est pas claire, cependant, quand l'eau etait dominée par des espèces spécifiques, les relations étaient beaucoup plus apparentes.  ABSTRACT: The concentration of cyanotoxins is hard to be measured in situ. The study of the dynamics of cyanobacteria and cyanotoxins is a strong complement to the drinking water scientific knowledge. The goal of this study was to identify the dominant cyanobacteria and the relationship between the biomass and the concentration of cyanotoxins in four lakes in Quebec based on the historical data obtained from the Quebec Ministry of Durable Development of Environment and Parks (MDDEP). The dynamic studied can be used as a base to establish an effective method for rapid measurement of cyanotoxins and to ensure better removal of cyanotoxins in drinking water. Sampling was conducted from 2000 to 2008 in four lakes, Missisquoi Bay, Lake Nairne, Lake Brome and Lake William. Cyanotoxins were monitored and measured by laboratory methods. The results of these monitoring showed large spatial-temporal variations of cyanobacterial abundance, cyanobacteria species, and cyanotoxins in these four lakes. The concentrations of Microcystin-LR equivalent (MC-LR eq) detected in the scums were much higher than the alert threshold established by World Health Organization (WHO). It was difficult to determine the dominant cyanobacterial species as well as the most abundant species in these waters. However, in the scum, the dominant species were easily identified. The concentration of anatoxin detected was always low even lower than the Limit of Detection (LOD) (Appendix 2), although the potentially anatoxin producing cyanobacteria, Aphanizomenon flos-aquae and Anabaena flos-aquae were the more frequent present species in samples. The abundance of potentially MC producing cyanobacteria in water always accompanied with high concentration of MC-LR eq. Data analysis demonstrates that the relationship between the biomass of cyanobacteria and the concentrations of MC-LR eq is not clear, however when water dominated by specific species, the relationships were much clearer.


identifier: Torres, C. P. (2012). Étude du comportement de cellules endothéliales de l'aorte cultivées sur des fibres électrofilées de PET sous conditions physiologiques de cisaillement  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Depuis près de 50 ans, des techniques de génie tissulaire ont été développées afin de créer des alternatives efficaces au traitement de l'athérosclérose. Aussi, ces dernières années, les structures hybrides faites de biopolymères et de cellules ont particulièrement attiré l'attention de la communauté pour leur capacité à mimer la réalité biologique des vaisseaux sanguins. Une variété de polymères synthétiques et naturels ont été déjà utilisés pour créer des greffons biocompatibles et biostables, permettant la croissance cellulaire. Les pratiques de culture cellulaire in vitro courantes ont pu être adaptées à la réalité d'une croissance sur biomatériaux, avec l'objectif de préserver et de maintenir la viabilité ainsi que le phénotype des cellules en contact avec ces biomatériaux. Cependant, la réponse immunitaire engendrée par l'introduction de ces biomatériaux, le manque de croissance d'un endothélium viable sur les structures synthétiques, et l'absence de propriétés mécaniques adéquates des matériaux, limitent le temps de vie des greffons vasculaires après la transplantation. De plus, des problèmes de thrombogénicité et d'adaptation élastique sont encore observés lors de remplacements vasculaires de petit diamètre, ce qui menant à un échec éventuel des greffons. La présente étude est donc basée sur l'utilisation de structures polymériques non-tissées, au diamètre de fibres nanométrique, dont on suggère qu'elles pourraient améliorer la croissance et l'adhérence des cellules sous des conditions statiques et dynamiques. Ainsi, une nouvelle structure nanométrique non-tissée de polyéthylène téréphtalate (PET) fabriquée par la technique d'électrofilage et récemment mise au point par le groupe de recherche, a été utilisée pour supporter la formation in vitro d'un endothélium par culture de cellules endothéliales de l'aorte d'origine humaine (HAoEC). L'objectif de ce projet de maîtrise a consisté en la caractérisation de l'adhérence cellulaire sous conditions de stress hydrodynamiques. La réponse morphologique des cellules a été caractérisée par l'observation de l'évolution du cytosquelette et des liaisons intercellulaires, sous des conditions de cisaillement physiologique. Des essais en conditions dynamiques ont été effectués en chambre de culture permettant l'imposition d'un flux laminaire, par alimentation d'un milieu de culture oxygéné. Les tests ont été classifiés en deux groupes : « court terme », pour une durée de 20 min, et « long terme » sur des durées de 6 et 12 h. La distribution des filaments d'actine et les liaisons entre les cellules, évaluée selon le niveau  ABSTRACT: For around 50 years, tissue engineering techniques have been explored to create new alternatives for the treatment of atherosclerosis. In the past years, hybrid structures made of polymers and cells have attracted most of the community's attention for its expected capacity to mimic the biological context of blood vessels. A variety of synthetic and natural polymers have been used to create biostable scaffolds that allow cell growth. Standard cell culture techniques and protocols have been adapted, with the objective to preserve and maintain the viability and phenotype of the cells, when cultured on these polymeric structures in vitro. However, the response of the immune system to invasive devices, the absence of a healthy grown endothelium and the lack of adequate mechanical properties of the materials limited the the long term success of the grafts. Trombogenicity and compliance mismatch are still two common unsolved problems following the transplant of small diameter vascular replacements, normally leading to imminent graft failure. The present master's study started from the statement that non-woven structures, with fiber diameter at the nano-scale size, might enhance cell growth and adherence under both static and dynamic conditions. Therefore, a novel non-woven nano-PET structure, obtained by electrospinning, was used to grow HAoEC and cell response was characterized under shear stress conditions. The objective was to characterize the effects of submitting adhered cells to a physiological shear stress for different periods of time on cell adherence, as well as the cell cytoskeleton and junctions between cells. A parallel plate flow chamber was used and modified in order to cope with specific constraints of using a mat. Assays were classified in two groups: short (20 min) and long-term (6 and 12 h), monitoring cell adherence as well as the distribution of actin filaments and the expression of VE-cadherin. Results showed that short-term exposures did not affect cell adherence (~100%), maintaining a uniform endothelium, even under the exposure of extreme conditions of shear stress (26 dyn cm-2). On the other hand, long–term exposure times resulted in the disruption of the endothelium, with 35% of cell detaching after 6 h and 70% after 12 h. However, the observations over time showed that cells tried to adapt to the abrupt change in shear stress, adopting different morphologies and shapes, and creating strong bonds between them.


identifier: St-Onge, E. (2012). Étude expérimentale et conception de fusibles ductiles travaillant en traction pour l'amélioration de l'efficacité des contreventements parasismiques en acier  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

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abstract: RÉSUMÉ: Les études antérieures ont démontré que l'ajout d'un fusible ductile en acier, FDA, dans les diagonales des cadres contreventés concentriques travaillant en tension-compression des bâtiments d'un étage, s'avère être un moyen simple et efficace pour réduire la résistance excessive des diagonales, et rendre ainsi la conception par capacité plus attrayante. Le fusible composé de quatre cornières à section réduite est celui qui a été proposé. Par contre, l'information disponible à ce jour n'est pas suffisante pour permettre son application en pratique. L'objectif de ce projet était de poursuivre le travail entamé par Kassis (2008) ainsi que de développer des règles pour la conception et la fabrication de ces fusibles. Plus de quinze essais sur des cornières individuelles, sans et avec défauts, ont été effectués, afin d'étudier l'influence négative que peut avoir une encoche (défaut) sur la capacité de déformation d'un fusible. Également, plusieurs simulations par éléments finis ont été effectuées afin de compléter l'étude. Il s'en est dégagé qu'un défaut réduit considérablement la ductilité du fusible, comparativement à sa contrainte ultime. De plus, il a été montré que la profondeur du défaut était le paramètre le plus critique et qu'un défaut d'au plus 0.25 mm de profondeur, soit 1.25% de la largeur réduite avant défaut de l'aile de la cornière, n'affecte pas de manière significative le comportement inélastique du fusible. Également, il a été observé que la résistance des cornières utilisées était 5% plus élevée que celle provenant des coupons de caractérisation. Suite à cette constatation, le programme expérimental B a été ajouté. Les essais de ce programme ont confirmé la variation des propriétés mécaniques à l'intérieur de la section d'une cornière. Ainsi,la partie centrale, formée par l'intersection des ailes et du rayon de congé entre les ailes, est moins ductile et affiche une résistance beaucoup plus élevée que l'aire d'acier contenue dans les ailes. Par conséquent, la conception du fusible fait de cornières devrait être basée sur les propriétés mécaniques d'une des quatre cornières, une fois découpée, plutôt que sur celles du coupon de cara térisation des cornières, à moins d'ajuster les valeurs de résistance mesurées de ce dernier. D'ailleurs, une méthode d'ajustement des propriétés mécaniques a été proposée dans le mémoire. Les fusibles découpés dans une plaque d'acier ont été également proposés comme autre solution à cette variabilité.  ABSTRACT: Previous studies have demonstrated that the addition of a ductile steel fuse in the diagonal braces of single story concentric braced frames working in tension-compression, turns out to be a simple and effective way to reduce the excessive resistance of the diagonals, and thus making the capacity design more attractive. The ductile steel fuse consisting of four angles with reduced section is one that has been proposed. By cons, the information available to date is insufficient to allow its application in the practice. The objective of this project was to continue the work begun by Kassis (2008) and to develop the rules for the design of these fuses. More than fifteen tests on individual angles, with and without defect, were performed to study the negative influence that may have a notch on the deformation capacity of a fuse. In addition, several finite element simulations were also performed to complete this study. It has emerged that a notch significantly reduced the ductility of the fuse, compared to its ultimate strength. Moreover, it was shown that the depth of the notch was the most critical parameter, and a notch of 0.25 mm (or less) in depth, the equivalent of 1.25% the width of the leg of the angle without the notch, did not affect significantly the ductile behavior of the fuse. It was also observed that the resistance of the angles used was 5% higher than from the steel characterization with coupons. Following this, experimental program B was added. This experimental program has confirmed the variation in mechanical properties within a section of angles. Thus, the central part, formed by the intersection of the legs and the fillet radius between the legs, is less ductile and display resistance values much higher than those in the legs part, making it difficult to predict the resistance as well as the deformation of the fuse. Therefore, the design of the fuse made of steel angles should be based on the mechanical properties of one of the fuse angles, after being cut, instead of the properties from the coupon characterization, unless adjusting the resistance values of the coupon. A method for adjusting those values has been proposed in this work. However, fuses cut from a steel plate have been also proposed as another alternative solution to this mechanical variability.


identifier: Camand, C. (2012). Utilisation de sources et d'adjoints DRAGON pour les calculs TRIPOLI  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La simulation numérique est un élément essentiel de la physique des réacteurs nucléaires pour comprendre le comportement des neutrons dans et en dehors d'un réacteur nucléire. Il s'agit de résoudre l'équation de transport des neutrons afin de connaitre le flux neutronique et les interactions des neutrons avec la matière. On utilise des codes de calculs pour la résoudre dans le cadre de problèmes de criticité, ou l'on est en présence de milieux multiplicateurs de neutrons, et de radioprotection. On distingue deux grandes familles de méthodes numériques pour résoudre cette équation. Les méthodes déterministes résolvent directement l'équation de transport en procédant à certaines approximations. Le domaine énergétique est divisé groupes d'énergie, on utilise un maillage spatial pour traiter la géométrie, l'opérateur de transport est parfois dégradé. Ces approximations engendrent une erreur inhérente. Ces méthodes offrent cependant de bonnes performances en terme de temps de calcul. Les méthodes Monte Carlo ou stochastiques simulent un très grand nombre de neutrons et leurs interactions avec la matière en minimisant les approximations. L'énergie peut être traitée de manière continue ou multigroupe. Les grandeurs calculés sont des variables aléatoires, et les résultats obtenus comportent une incertitude statistique. Il faut simuler un très grand nombre de particules pour que le calcul converge et que les résultats soient suffisamment précis. De ce fait, les temps de calculs de ces méthodes peuvent être très longs. Cette étude vise à mettre en place un chainage d'un code déterministe vers un code stochastique. Nous voulons améliorer la convergence des calculs Monte Carlo réalisés avec le code TRIPOLI. Nous désirons utiliser des données calculées par le code déterministe DRAGON afin de les implémenter en entrée du calcul TRIPOLI. Nous allons développer deux méthodes, chacune adaptée pour un type de problème différent. La première méthode a pour principe de calculer dans DRAGON des distributions de sources de neutrons et de les insérer en entrée d'un calcul de criticité réalisé avec TRIPOLI. L'objectif est d'accélérer la convergence des sources de neutrons, et ainsi de sauver les premiers cycles de particules qui ne sont pas significatifs. La deuxième méthode a pour but d'utiliser le flux adjoint généré par DRAGON comme fonction d'importance dans un calcul TRIPOLI de protection. L'objectif est d'améliorer le facteur de qualité de la réponse d'un détecteur placé loin de la source de neutrons. La méthode d'initialisation des sources d'un calcul TRIPOLI en mode criticité par des sources DRAGON a requis la création dans DRAGON d'un module permettant de générer une liste de sources selon la syntaxe d'un jeu de données TRIPOLI, incluant l'intensité de  ABSTRACT: Numerical simulation is an essential part of reactor physics in order to understand the behaviour of neutrons inside and outside nuclear reactors. The objective is to solve the neutron transport equation in order to know the neutron flux and the interactions between neutrons and materials. We use neutronic simulation codes in order to solve this equation for criticallity problem, where we have a neutron multiplying environnement, and shielding problems. There are two different types of numerical simulation techniques. Deterministic methods solve directly the transport equation using some approximations. The energy domain is devided in regions called groups, we use a spatial mesh for the geometry treatment, transport operator may also be simplified. Those approximations invole an inherent error. However these methods provide high computation time performances. Monte Carlo or stochastic methods follow explicitly a large number of neutrons as they travel through materials minimizing approximations. Continuous-energy and multigroup treatment are both available. Quantities calculated are random variables to which are associated statistical error called standard deviations. We have to simulate a very large number of neutrons if we want the calculation to converge and the results to be precise enough. As a matter of fact, computation time of these methods can be excissively large and represent their main weakness. The objective of this study is to set up a chaining method from a deterministic code to a Monte Carlo code, in order to improve the convergence of Monte Carlo calculations performed by the code TRIPOLI. We want to use datas calculated by the deterministic code DRAGON and use them in TRIPOLI. We will develop two methods. The first one will calculate source distribution in DRAGON and implement them in TRIPOLI as initial sources of a criticallity calculation. The objective is to accelerate the convergence of the neutrons sources, and save the first batches that are usually non significant. The second method is to use of the adjoint neutron flux calculated by DRAGON as an importance function for Monte Carlo biaising in TRIPOLI. The objective is to improve the figure of merit of the detector response located far away of the neutron source. The neutron source initialisation of a TRIPOLI calculation required to develop the developpement of a module in DRAGON that generates a list of sources in the TRIPOLI syntaxe, including for each source, its intensity, its position and the energy domain it covers. We tested our method on a complete 1717 PWR-UOX assembly and on a reduced 33 model. We first verified that the DRAGON and TRIPOLI models were consistent in order to ensure that TRIPOLI receives a coherent source distribution. Then we tested the use of DRAGON


identifier: Rivard, R. (2012). Simulation des grandes échelles appliquée à la modélisation des écoulements turbulents à surface libre  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Nous proposons un modèle numérique pour la simulation des écoulements turbulents incompressibles et immiscibles à surface libre. La turbulence est modélisée à l'aide de la simulation des grandes échelles. La capture d'interface est effectuée à l'aide de la méthode de la pseudo-concentration. La discrétisation de ce problème est faite dans le cadre de la méthode des éléments finis. Pour ce faire, un nouveau code a été développé afin de permettre l'étude de problèmes tridimensionnels de grande envergure.  Une analyse mathématique des problèmes de perte de masse liés à l'utilisation d'un marqueur eulérien pour la capture des surfaces libres est proposée. Différentes techniques de reconstruction des dérivées sont comparées pour la modélisation de la tension superficielle. Une simplification d'une stratégie de projection des méthodes de Krylov, ainsi qu'une façon de préconditionner ces méthodes, sont présentées. Les composantes du modèle numérique proposé sont vérifiées et validées à l'aide de résultats théoriques et expérimentaux. Le problème de Young-Laplace, des problèmes de bulles en ascension libre, le problème de la marche descendante et l'instabilité de Rayleigh-Taylor turbulente sont étudiés;  ABSTRACT: We propose a numerical model for the simulation of non-miscible and incompressible turbulent free surface flows. Turbulence is modeled using large eddy simulation (LES). Interface capturing is performed using the pseudo-concentration method.  The discretization of this problem is performed in the context of the finite element method.  A new simulation code was developed in order to allow the study of large-scale three-dimensional problems. A mathematical analysis of mass loss problems related to the use of an Eulerian marker for free surface capturing is proposed. Various derivative reconstruction techniques for the modeling of surface tension are compared. A simplification of a projection strategy for Krylov methods, including a procedure for preconditioning these methods, are developed. The components of the proposed numerical model are verified and validated using theoretical and experimental results. The Young-Laplace problem, rising bubble problems, the backward-facing step problem, and the turbulent Rayleigh-Taylor instability are studied.


identifier: Elahipanah, M. (2012). Task Scheduling and Activity Assignment to Work Shifts with Schedule Flexibility and Employee Preference Satisfaction  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La planification des horaires de personnel travaillant sur des quarts est importante dans le secteur des services, car elle influe directement sur les coûts et la qualité du service à la clientèle. Elle constitue également un problème d'optimisation combinatoire complexe, qui nécessite des outils sophistiqués pour le résoudre. Cette thèse de doctorat porte sur trois variantes du problème de planification des horaires de personnel. Après une brève introduction et une revue de la littérature dans les chapitres 1 et 2, les trois variantes sont étudiées dans les trois chapitres principaux. Les deux premiers chapitres principaux abordent le problème d'affecter des tâches et des activités aux quarts dans un environnement flexible (TSAASAF), i.e, avec la possibilité d'ajuster les heures des quarts de travail. Dans le secteur des services, les employés effectuent des quarts de travail et sont affectés à des activités interruptibles et à des tâches sans interruption au cours de leurs quarts de travail, à l'exclusion des temps de pause. Chaque employé ne peut effectuer plus d'une tâche ou d'une activité au même moment, et a droit à un seul bloc de pause au cours de son quart de travail. Une activité est un travail avec une demande continue, exprimée comme le nombre d'employés requis pour chaque période de l'horizon de planification. Selon les règles de travail, la durée d'une affectation à une activité doit être dans un intervalle donné. Chaque tâche a une durée fixe et doit être exécutée une seule fois par un seul employé qualifié, dans une fenêtre de temps spécifiée. Les quarts de travail des employés réguliers sont souvent construits quelques semaines avant le début des opérations, lorsque les demandes des activités et des tâches sont incertaines. Quelques jours avant les opérations, lorsque des précisions sur les demandes sont obtenues, les horaires planifiés peuvent être légèrement modifiés, et afin de satisfaire la demande, des employés temporaires peuvent être programmés. Les modifications possibles pour les quarts de travail sont les prolongations des quarts et les déplacements des pauses-repas.  Dans le chapitre 3, nous nous intéressons à une version simple du problème TSAASAF. Le problème d'affecter des activités dans les quarts de travail flexibles (AAFF) consiste à attribuer uniquement les activités aux quarts de travail réguliers, alors qu'aucun employé temporaire n'est considéré. Une procédure de génération de colonnes heuristique, incorporée dans une procédure d'horizon fuyant, détermine les quarts de travail finaux, et leur attribue des activités. Les résultats obtenus sur des instances générées aléatoirement sont rapportés pour évaluer la validité de la méthode de résolution proposée. Les instances générées sont regroupées dans deux classes de petite taille et une troisième de taille moyenne. La comparaison du nombre de sous-couvertures obtenues (la partie principale de la fonction objectif), avec et sans flexibilité, montre des améliorations de la couverture qui peuvent être obtenues en utilisant les options de flexibilité: le nombre de sous-couvertures est réduit, en moyenne, de 68%, 96%, et 70% dans les première, deuxième et troisième classes, respectivement. Bien que les temps de calcul sont beaucoup plus élevés avec la méthode proposée, nous démontrons dans le chapitre 4 qu'en supprimant délibérément à l'avance les options jugées inutiles pour les extensions des quarts de travail, il est possible de réduire la complexité du problème AAFF, dans l'espoir d'obtenir un meilleur temps de calcul. D'autre part, une version complète du problème TSAASAF est introduite dans le chapitre 4. Celle-ci permet de résoudre le problème d'affecter des tâches et des activités aux travailleurs temporaires et aux quarts de travail flexibles des employés réguliers à temps plein (ATTFF). Afin de produire des solutions de bonne qualité en des temps de calcul rapides pour les instances de grande taille, nous développons une méthode heuristique en deux phases. Dans la première phase, un modèle approximatif de programmation en nombres entiers mixte est utilisé pour suggérer des quarts de travail temporaires et des extensions de quarts de travail réguliers, et pour planifier et affecter les tâches. Dans la deuxième phase, une procédure de génération de colonnes heuristique intégrée dans une procédure d'horizon fuyant décide les prolongations et les heures de pause des quarts de travail réguliers, sélectionne les quarts de travail temporaires et leur assigne des activités. Cette heuristique a été testée sur des instances de moyenne à grande taille générées aléatoirement, pour comparer les différentes variantes de flexibilité. Les résultats montrent que les flexibilités additionnelles peuvent réduire considérablement le nombre de sous-couvertures des demandes d'activités et que les solutions peuvent être calculées en temps raisonnables. Afin d'évaluer la qualité des solutions, nous avons ajouté une variante qui considère toutes les flexibilités sauf le repositionnement des pauses. Sachant que le repositionnement des pauses n'est pas considéré dans le modèle approximatif de la première phase, pour cette variante, la valeur de la solution de la première phase sert de borne inférieure pour la solution finale de la deuxième phase. Dans le chapitre 5, le problème d'affecter des activités aux quarts de travail basé sur les préférences des employés (BPAA) est introduit. Nous supposons que chaque employé fournit ses préférences sur les activités pour lesquelles il est qualifié. Nous cherchons un outil de résolution du problème PBAA qui, en premier lieu, vise le coût minimum de sous-couverture et, en second lieu, assure la satisfaction maximale des employés à l'égard de leurs préférences individuelles. Ce second objectif n'est pas moins important que de simplement fournir les ressources suffisantes pour répondre efficacement aux besoins des clients. En effet, un employé satisfait est plus efficace qu'un autre qui ne l'est pas. Ainsi, la qualité du service a une grande importance de même que le nombre d'employés disponibles pour offrir le service dans les entreprises pour lesquelles conserver ses clients est un facteur clé pour la prospérité de l'entreprise. Pour une meilleure rentabilité, les entreprises ont besoin de satisfaire leurs clients et pour réaliser cet objectif, ils doivent satisfaire leurs propres employés. Tout d'abord, une mesure de taux de satisfaction est définie pour quantifier la satisfaction des employés, ensuite le deuxième objectif est défini comme la maximisation de la moyenne des taux de satisfaction pour les employés. Les solutions qui violent le coût minimum par un petit pourcentage, mais comprennent des affectations plus satisfaisantes pour les employés sont également intéressantes en ce qui concerne les propriétés de dominance des solutions dans le cas d'un problème avec plusieurs objectifs conflictuels. Une procédure de génération de colonnes heuristique en deux phases est proposée. Elle mémorise le nombre minimum de sous-couvertures dans la première phase, puis ré-optimise la solution avec la deuxième fonction objectif dans la deuxième phase, tout en laissant le décideur définir l'augmentation acceptable dans le nombre minimal de sous-couvertures. Dans les deux phases, la génération de colonnes est, à nouveau, incorporée dans une procédure d'horizon fuyant.La capacité de cette méthode à fournir un ensemble de solutions nondominées est comparée à une méthode de pondération qui transforme le problème en un problème mono-objectif avec une somme pondérée des différents objectifs. Les décideurs ont besoin d'un outil flexible qui soit assez efficace, en pratique pour obtenir des solutions dans une plage acceptable pour chaque objectif. Ainsi, ils seront en mesure de choisir la meilleure solution qui satisfait leurs besoins variables, alors qu'il leur est facile de modéliser leurs préférences dans les objectifs. En pratique, cette méthode est meilleure que la méthode de pondération. D'une part, il n'y a pas le difficulté de choisir les poids comme avec la méthode de pondération. D'autre part, elle donne au décideur plus de contrôle dans la recherche des solutions avec les sous-couvertures légèrement au-dessus du minimum, en contrepartie de mieux satisfaire les préférences des employés. Cependant, la résolution d'un problème prend plus de temps de calcul par cette méthode que par la méthode de pondération. Ainsi, certaines stratégies sont appliquées pour réduire les temps de calcul de la méthode proposée, mais sans succès. D'autre part, quand les coûts de sous-couverture varient d'une activité à l'autre, cette méthode s'avère meilleure. Étant donné qu'il n'y a pas de priorité entre les employés, la méthode en deux phases peut assurer un équilibre dans la satisfaction des employés en affectant des poids aux employés proportionnellement inverse à leur degré de satisfaction à ce jour, dans chaque tranche de temps de la procédure d'horizon fuyant. Les principales contributions de cette thèse sont d'abord l'étude de trois variantes du problème d'affectation des activités aux quarts de travail, soit les problèmes AAFF, ATTFF et BPAA, qui n'ont pas encore été abordés dans la littérature; et, deuxièmement, le développement d'heuristiques de programmation mathématique sophistiquées, qui fournissent des solutions de bonne qualité en des temps de calcul acceptables. Par conséquent, cette recherche fournit aux industries de services des outils efficaces pour faire face aux changements de dernière minute dans la demande en utilisant différentes flexibilités dans le processus de planification des horaires de personnel, réduisant les coûts d'opérations et les temps de planification. D'autre part, elle introduit une ligne directrice aux entreprises, leur permettant d'intégrer autant que possible les préférences des employés dans la construction d'horaires de travail satisfaisants, tout en gardant les coûts à des niveaux minimaux.  ABSTRACT: Personnel scheduling is important in the service industry, as it impacts directly the costs and the customer service quality. It is also a complex combinatorial optimization problem, that requires sophisticated tools for solving it. This doctoral dissertation addresses three variants of personnel scheduling problem. After a brief introduction and a literature review in Chapters 1 and 2, these three variants are studied in three main chapters. The first two main chapters address the task scheduling and activity assignment with shift adjustments under a flexible working environment (TSAASAF). In the service industry, the employees perform work shifts and are assigned to interruptible activities and uninterruptible tasks during their shifts working time, excluding the break times. Each employee can not perform more than one task or activity at a time, and is assigned a single break during his/her work shift. An activity is a work with continuous demand expressed as the number of employees required for each period of the planning horizon. According to the labor rules, the duration of an assignment to any activity should be within a given interval. Each task has a fixed duration and should be performed by just one qualified employee within a specified time window. The work shifts of the regular employees are often constructed a few weeks in advance of the operations when the activity and task demands are still uncertain. Just a few days before the operations when these demands unveil with more accuracy, the planned schedules can be slightly modified and on-call temporary employees can be scheduled to satisfy the demands as best as possible. As acceptable modifications, extending the planned shifts and moving their meal breaks are considered. In Chapter 3, we are interested in a simple version of the TSAASAF problem. The activity assignment problem with flexible full-time shifts (AAFF) involves assigning only activities to the scheduled work shifts while no temporary employee is considered. A column generation heuristic embedded into a rolling horizon procedure determines the final shifts and assigns activities to them. Computational results obtained on randomly generated instances are reported to evaluate the validity of the proposed solution method. Generated instances are categorized in two small-sized and one medium-sized classes. Comparing the number of undercoverings obtained (the main part of the objective function) with and without flexibilities shows the coverage improvements that can be achieved by using flexibilities: the number of undercoverings is reduced, on average, by 68%, 96%, and 70% in the first, second and third classes, respectively. Although the computational times are much higher with the proposed method, we show in Chapter 4 that by removing the unhelpful options for shift extensions deliberately in advance, it is possible to reduce the complexity of AAFF problem, in hopes of getting better computational times. Besides, a complete version of the TSAASAF problem is introduced in Chapter 4. This version solves the task scheduling and activity assignment to temporary and flexible regular full-time shifts (ATTFF) problem. In order to produce good quality solutions in fast computational times for large-sized instances, we develop a two-phase heuristic method. In the first phase, an approximate mixed integer programming model is used to suggest temporary shifts and extensions to regular shifts, and to schedule and assign the tasks. In the second phase, a column generation heuristic embedded in a rolling horizon procedure decides about the regular shift extensions and break placements, selects the temporary shifts and assigns activities to them. This heuristic is tested on randomly generated medium to large-sized instances to compare different variants of flexibility. The computational results show that the additional flexibilities can yield substantial savings in the number of activity demand undercoverings and that the solutions can be computed in reasonable computational times. To assess the quality of final solutions, we added a variant which considers all flexibilities except break repositioning. Knowing that break movements are not considered in the first-phase approximation model, for this variant, the value of the first-phase solution serves as a lower bound for the final solution of the second phase. In Chapter 5, the preference-based activity assignment to work shifts (PBAA) problem is introduced. We suppose that each employee gives his/her preferences over the activities he/she is skilled for. We look for a tool to solve the PBAA problem, which in the first place, incurs the minimum undercovering cost, and in the second place, provides the maximum employee satisfaction with respect to their individual preferences. This latter objective is not less important than simply providing enough resources for responding efficiently to the customers needs. In fact, a satisfied employee is more efficient than an unsatisfied one. So, the quality of service has a great importance as well as the number of available employees to offer the service, in the companies for which keeping customers is a key factor to a successful business. For an improved profitability, companies need to satisfy their customers and to achieve this objective, they must satisfy their own employees. First, a satisfaction rate measure is defined to quantify the employee satisfaction, then the second objective is defined as the maximization of the average of satisfaction rates for employees. Solutions which violate the minimum cost by a small percentage, but include the more satisfactory assignments for employees are also interesting with respect to the dominance properties of the solutions for a problem with multiple conflicting objectives. A two-phase column generation heuristic is proposed, which memorizes the minimized number of under-coverings in the first phase, then re-optimizes the solution with the second objective function in the second phase while letting the decision maker define the acceptable increase in the minimum number of undercoverings. In both phases, column generation is again embedded into a rolling horizon procedure.  The capacity of this method in providing a set of nondominated solutions is compared with a weighting method which transforms the problem to a single-objective one with a weighted sum of different objectives. The decision makers need a flexible tool which is efficient enough, in practice, to obtain solutions within the acceptable range for each objective. Thus, they will be able to select the best solution which fits their varying needs, while it is easy for them to interpret their preferences over the objectives. This method outperforms the weighting method, in terms of practicality. On the one hand, it does not have the weighting method's difficulty to set the weights. On the other hand, it gives the decision maker more control to find the solutions with the undercoverings slightly above the minimum, in return for better satisfying the employee preferences. However, it takes more computational time to solve a problem by this method than with the weighting method. Hence, some strategies are applied to reduce the computational time of the proposed method, which are not successful. Besides, when the undercovering costs vary from one activity to the other, this method proves to perform better. Given that there is no seniority ranking for employees, the two-phase method can provide a balance in satisfying the employees by giving weights to the employees with inverse relationship with their satisfaction so far, in each time slice of the rolling horizon procedure.  The main contributions of this thesis are first the study of three variants of activity assignment to work shifts problem, as the AAFF, ATTFF and PBAA problems, not previously studied in the literature, and second the development of state-of-the-art mathematical programming heuristics that yield good quality solutions in acceptable computational times. Hence, this research provides the service industries with efficient tools to deal with the last-minute changes in demands using different flexibilities in the personnel scheduling process, reducing the operations costs and planning times. On the other hand, it introduces a guideline to companies to incorporate as much as possible the employees preferences in constructing satisfactory work schedules while keeping the costs at minimum levels.


identifier: Chiron, F.-X. (2012). Production d'hydrogène en boucle chimique  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La production propre d'hydrogène est un des enjeux majeurs actuels de l'industrie en raison de l'importance grandissante de ce gaz dans les secteurs chimique, pétrolier, énergétique ou des transports. En effet, l'hydrogène peut être utilisé directement dans les moteurs à combustion interne ou encore dans les piles à combustible pour produire de l'électricité. Si l'utilisation d'hydrogène est propre puisque les rejets associés sont essentiellement de l'eau, il convient de considérer l'ensemble du cycle de vie de ce gaz. Actuellement, environ 90 % de l'hydrogène produit dans le monde vient de la combustion de ressources fossiles et est donc responsable d'émissions de gaz à effet de serre. Les principaux procédés de production sont des technologies basées sur la combustion et se résument essentiellement au reformage du méthane à la vapeur, à la gazéification du charbon et à l'oxydation partielle d'hydrocarbures. Toutes ces technologies sont matures et largement utilisées dans les raffineries, dans l'industrie des engrais ou dans la chimie de type GTP (Gas-to-Product). Les normes environnementales de plus en plus strictes imposent aux acteurs industriels des réductions des émissions de gaz à effet de serre (de CO2 notamment). Diverses technologies existent ou sont encore au stade de développement dans les laboratoires de recherche et sont classées en technique de capture en précombustion, postcombustion ou oxycombustion. Parmi ces techniques, la combustion en boucle chimique fait figure de favori car ce procédé sépare de façon inhérente le CO2 des gaz diluants comme l'azote. Le concept repose sur l'utilisation de matériaux pouvant transporter l'oxygène entre deux zones réactives, typiquement deux réacteurs en lits fluidisés circulants. L'air et le combustible ne sont alors jamais en contact et c'est au porteur d'oxygène d'assurer l'apport nécessaire d'oxygène pour la réaction. Ce doctorat se concentre sur la production d'hydrogène par boucle chimique. Nous avons pour cela mis au point un montage expérimental afin de pouvoir étudier les diverses réactions mises en jeu. Classiquement, les réactions gaz-solide sont étudiées en balance thermogravimétrique. Cet outil très utile offre cependant un mauvais contact gaz-solide et a le désavantage d'être peu représentatif des procédés réels, surtout ceux conduits en lits fluidisés. C'est donc afin de s'approcher des conditions d'opérations de la boucle chimique qu'un microréacteur a été couplé à un spectromètre de masse afin de suivre au mieux l'aspect transitoire des réactions gaz-solide. Les expériences se sont concentrées sur un porteur placé dans un tube de vii quartz sur lequel divers gaz réactifs étaient envoyés alternativement afin de simuler les cycles redox. Ce projet comporte un volet expérimental assez important puisqu'il a fallu mettre au point et caractériser le montage expérimental. Si le début du projet se déroulait en lit fixe, nous avons par la suite opté pour une opération en lit fluidisé afin d'éviter les gradients de température au sein du lit de particules. En effet, la fluidisation assure un bon mélange des poudres tout en offrant un bon contact gaz-solide. Ce projet de doctorat comporte deux volets : - un volet technologique appliqué à la recherche des conditions optimales pour produire de l'hydrogène en boucle chimique et à l'étude des réactions mises en jeu - un volet expérimental consacré à l'étude du système réactionnel. Cette thèse de doctorat s'appuie sur trois articles qui ont été publiés dans des journaux spécialisés à comité de relecture, et un brevet. Le premier article intitulé Hydrogen production through chemical looping using NiO/NiAl2O4 as oxygen carrier, a été publié dans le journal Chemical Engineering Science, en mars 2011. Cet article présente les résultats d'essais expérimentaux visant à produire de l'hydrogène à partir de méthane en utilisant l'oxyde de nickel comme porteur d'oxygène à des températures de l'ordre de 800 °C. Les tests expérimentaux ont été conduits en microréacteur opéré en lit fixe, couplé à un spectromètre de masse en ligne. Nous avons réussi à démontrer dans ce travail qu'en contrôlant l'état d'oxydation du porteur d'oxygène (NiO), il était possible de choisir entre oxydation totale et partielle du méthane. En limitant la quantité d'oxygène à environ 30% de la capacité maximale du porteur, l'oxydation était alors partielle, produisant ainsi de l'hydrogène. NiO supporté sur NiAl2O4 est facilement ré-oxydé dans l'air. Un nouveau procédé, visant à produire l'hydrogène via la boucle chimique, est aussi présenté dans cet article. Nous nous sommes concentrés sur l'aspect énergétique de la production de H2. En effet, une des problématiques industrielles de la production de H2 réside dans l'endothermicité des réactions mises en jeu. Le procédé décrit dans notre article est athermique et se sert de la chaleur dégagée pendant l'oxydation du nickel pour compenser l'endothermicité des réactions conduites dans le réacteur à combustible (oxydation du méthane par NiO et reformage à la vapeur). Le procédé décrit est capable de produire 31 kg/s d'hydrogène pour une circulation de solide de 1000 kg/s. Une étape de réaction de water gas shift conduite en aval peut améliorer la production d'hydrogène de 2.6 kg/s. viii Dans le prolongement de cet article, un brevet conjointement détenu avec l'entreprise Total a été déposé (brevet FR 2956656 / WO 2011104648 / publié le 28 août 2011). L'invention est basée sur un procédé en boucle chimique conduit en mode batch, se servant des divers états d'oxydation d'un porteur d'oxygène afin de conduire plusieurs réactions dont : une oxydation exothermique du porteur, une étape de combustion avec production de CO2 et une étape de reformage à la vapeur. Le porteur d'oxygène est aussi utilisé comme porteur d'énergie. L'invention se distingue des technologies existantes par la division de la phase de réduction du porteur en deux étapes (combustion complète puis vaporéformage). Le second article intitulé Steam carbon gasification of a nickel based oxygen carrier, a été publié en avril 2011 dans le journal Fuel. Cet article soulève une problématique qui n'a jamais été abordée dans la boucle chimique, celle du décokage des porteurs d'oxygène à base de nickel (qui sont d'ailleurs considérés comme les plus prometteurs). Le nickel est bien connu en reformage du méthane à la vapeur ou dans d'autres procédés catalytiques industriels. En effet, dès que du nickel métallique est disponible (Ni0), le méthane se craque catalytiquement pour produire de l'hydrogène et du carbone solide qui vient se déposer sur le porteur. Le nickel est un des porteurs les plus prometteurs pour la boucle chimique, dû à des performances toutes particulières en terme de conversion du méthane, de stabilité mécanique et de capacité de transfert d'oxygène. Les expériences conduites dans le micro-lit fluidisé sur NiO/NiAl2O4 et des clichés pris au microscope électronique, ont montré que du carbone pouvait s'accumuler sur la surface du solide. Nous avons caractérisé ces formations de carbone et nous fournissons une solution pour régénérer ce porteur d'oxygène : la gazéification du carbone à la vapeur. Les tests réalisés aux alentours de 800 °C démontrent que la vapeur réagit avec le carbone pour fournir un mélange équimolaire de CO et de H2. La totalité du carbone peut d'ailleurs être enlevée par cette technique. Nous avons aussi démontré que l'eau pouvait également ré-oxyder le Ni en NiO, mais que cette réaction était insuffisante pour le ré-oxyder entièrement. En reformage en boucle chimique (i.e. production d'hydrogène et/ou de gaz de synthèse), ce nettoyage à la vapeur est une amélioration du procédé puisqu'un mélange CO/H2 est produit. Sans nul doute, une gazéification du carbone à l'air est plus performante, mais encore une fois, le problème de la dilution d'oxydes de carbone dans l'air se posera. Cette solution ne pourra donc pas être retenue pour une application en boucle chimique et on préférera la gazéification du carbone à la vapeur. Les résultats de cet article apparaissent ix fondamentaux puisque le porteur doit impérativement être débarrassé du carbone avant d'entrer dans le réacteur à air, d'après les fondements mêmes de la boucle chimique. Un chapitre intermédiaire basé sur les observations rapportées dans les articles 1 et 2, étudie la cinétique transitoire de la réduction de NiO par le méthane dans le contexte du reformage en boucle chimique. L'étude se divise en deux parties. La première se concentre sur les réactions impliquant le méthane et qui sont catalysées par le nickel métallique. En effet, le nickel a ceci de particulier qu'il catalyse la réaction de gaz à la vapeur (water gas shift) et de reformage (steam reforming). Les valeurs des paramètres cinétiques déterminés pour ces réactions catalytiques sont ensuite intégrées dans la modélisation de la cinétique transitoire de la réduction de NiO par CH4. Sur la plage de température testée (750 – 850 ºC), la conversion de méthane passe par un maximum après une période d'induction de quelques secondes. Les trois moments distincts de la réduction de NiO (période d'induction, période d'émission d'eau et de CO2, période d'émission de H2 et dans une moindre mesure de CO) sont bien représentés par le modèle qui comporte 8 réactions : - 4 réactions gaz-solide dont le mécanisme est de type contraction géométrique - 2 réactions catalytiques i.e. reformage du méthane et water gas shift suivant un mécanisme de type LM-HW - 1 réaction de dépôt de carbone et de sa vaporisation par la vapeur Les paramètres cinétiques des diverses réactions sont reportées et ont été estimés d'après les données expérimentales recueillies dans le micro-lit fluidisé. L'analyse des résultats fait ressortir que les réactions gaz-solide sont en général peu sensibles à la température contrairement aux réactions impliquant le carbone. Le mécanisme réactionnel indique que l'oxydation du méthane passe par une production d'hydrogène. Cet hydrogène pourra ensuite être oxydé par une réaction gaz-solide ou bien par water gas shift. Le troisième et dernier article est légèrement différent des deux premiers et s'intitule Kinetics of copper-iron based oxygen carriers for hydrogen production by chemical looping water splitting. L'article a été publié dans le journal International Journal of Hydrogen Energy le 9 Mai 2012. Celui-ci se concentre toujours sur la production d'hydrogène en boucle chimique, mais cette foisci, la source de l'hydrogène est l'eau, et non un combustible fossile. Le procédé est basé sur 2 réacteurs, exactement de la même façon qu'en combustion (ou en reformage) en boucle x chimique. Le combustible réagit avec un porteur d'oxygène produisant H2O et CO2, pour ensuite être transporté dans le réacteur d'oxydation. À la place de l'air, c'est l'eau qui ré-oxyde le porteur, produisant ainsi de l'hydrogène. Nous avons étudié cette réaction d'oxydation dans le micro-lit fluidisé à des températures comprises entre 500 et 800 °C. Peu de porteurs d'oxygène sont capables de réagir avec l'eau. On recense le zinc, le fer, le nickel, le cuivre et le manganèse. Même si nous avons démontré dans le deuxième article que le nickel métallique peut être oxydé par la vapeur d'eau, nous nous sommes concentrés sur le cuivre et sur le fer. Des porteurs à base de cuivre et/ou de fer ont été préparés suivant deux méthodes, i.e. la coprecipitation et l'imprégnation à humidité naissante. L'oxyde de cuivre a la particularité de réagir de façon exothermique avec le méthane. Combiné à un autre métal qui réagit de façon endothermique, ce porteur mixte permettra de limiter les hausses et chutes de température dans les deux réacteurs. Les solides ont ensuite été testés dans le micro-lit fluidisé couplé au spectromètre de masse. Les données recueillies ont permis de déterminer les paramètres cinétiques de la réaction de production d'hydrogène à partir de l'eau. Nous avons appliqué des méthodes classiques de détermination des mécanismes réactionnels mis en jeu (Hancock et Sharp). Le porteur mixte cuivre-fer préparé par coprecipitation (Fe-Cu CoPr) s'est montré moins performant que celui préparé par imprégnation à humidité naissante (Fe-Cu IWI) en termes de vitesse de réaction. Les énergies d'activation pour la décomposition de l'eau en hydrogène ont été déterminées en utilisant le modèle de nucléation d'Avrami pour le porteur mixte préparé par coprecipitation (46 kJ/mol), tandis qu'un modèle de sphère contractante représente mieux les données obtenues pour le porteur mixte préparé par imprégnation (51 kJ/mol). Cet article est le premier à traiter d'un porteur mixte Cu-Fe en boucle chimique ainsi que la détermination des paramètres cinétiques en micro-lit fluidisé. Nous nous sommes concentrés sur l'oxydation des oxydes inférieurs de fer et de cuivre puisque leurs réductions ont déjà été largement discutées dans la littérature. La production d'hydrogène n'est pas encore un procédé mature; cependant les travaux effectués lors de ce doctorat ont permis d'obtenir des preuves de faisabilité. Les données expérimentales et les données cinétiques obtenues dans notre micro-lit fluidisé sont cruciales pour l'avancée de la technologie et le passage aux essais sur une unité pilote. Que l'hydrogène vienne d'un combustible ou de l'eau, le coeur du procédé reste le porteur d'oxygène.  ABSTRACT: Clean production of hydrogen is one of the greatest challenges of many petro-chemical companies as well as major oil and gas players. H2 is used in many sectors as a reactant and can also be directly used in I.C. engines or in fuel cells with a high electrical yield (up to 70 %). H2 is considered as a clean fuel, because it produces only water as a by-product. However, an assessment of the whole life cycle shows that 90 % of the hydrogen produced is derived entirely or partially from fossil fuels. The major mature processes are in fact combustion-like technology combining a fuel with an oxidative reactant. Steam methane reforming, coal gasification and partial oxidation of hydrocarbons are the most important processes. These different technologies are employed in refineries, the ammonia process or in the GTP (Gas-to-product) industry. Since they are based on hydrocarbons, these processes are responsible for CO2 emissions. Recently, environmental norms have become more strict, leading to increased incentive to reduce GHG emissions. The main issue related to carbon capture comes from the dilution of CO2 in exhaust gases and consequently carbon capture techniques are being developed. One of the most promising solutions to this problem is chemical looping. This method is based on materials that serve as oxygen shuttles to bring oxygen from air to the fuel. Thus direct contact between air and the fuel is avoided and complete carbon oxide capture can be achieved without significant energy penalty. Typically, the process consists of two fluidized bed reactors where the oxygen carrier circulates between an oxidation and a reduction zone. This Ph.D. project focuses on applying the chemical looping technology to produce hydrogen. We developed a special experimental apparatus designed to mimic large scale operational conditions A micro reactor was coupled to an online MS to investigate transient gas-solid reactions. Originally, we intended to use a fixed bed reactor but changed to a fluidized configuration to reduce temperature gradients and improve gassolid contact. The O-carrier was placed in a quartz tube and reacted by alternating different gas to simulate redox cycles. A quite significant part of the Ph.D. project was focused on the reactor's characterization. This doctoral project has two main constituents: - an experimental section in which we focused on the adjustment and the characterization of the experimental apparatus xii - a technical section in which we studied hydrogen production through chemical looping. The original research papers and the patent that constitute this thesis, are based on results derived through the developed set-up, but are applied to hydrogen production via chemical looping technology. The first article entitled "Hydrogen production through chemical looping using NiO/NiAl2O4 as oxygen carrier", was published in Chemical Engineering Science, in March 2011. This paper presents experimental results obtained in the vicinity of 800 ºC regarding the production of hydrogen from partial oxidation of methane with nickel as oxygen carrier. The tests were carried out in our micro reactor operated in fixed bed at a GHSV of about 11 200 h-1. We demonstrated that by controlling the global oxidation state of the carrier, it was possible to choose between total and partial oxidation. When limiting the global oxidation state of the O-carrier to below 30 % of the total oxygen capacity, oxidation was partial and thus produced hydrogen. NiO mixed with the inert spinel support NiAl2O4 was easily reconstructed to its original state with air. An innovative process is also presented to produce hydrogen with no energy penalty, where the nickel carrier also serves as a catalyst for steam methane reforming. The process is capable of producing 31 kg/s of hydrogen for a solid circulation of 1000 kg/s. A water gas shift (WGS) carried out down-stream can improve by 2.6 kg/s the global production of hydrogen. A patent written jointly with Total (Patent FR 2956656 / WO 2011104648) was published in August 2011. The invention is based on a chemical looping process that uses different oxidation states of an oxygen carrier to carry out different reactions: an exothermic oxidation with air or with pure oxygen, combustion of a fuel with production of CO2 and a steam reforming step. The oxygen carrier is also used as an energy carrier. The invention differs from known technology by the fact that the reduction phase of the carrier is carried out in two separated steps (combustion and them steam reforming). The second article, named "Steam carbon gasification of a nickel based oxygen carrier" was published in Fuel, in April 2011. This article presents coke-removing of an oxygen-carrier as a particular issue that has never been explained in the chemical looping literature. Ni-based catalysts are common to a number of processes including steam methane reforming, methane cracking or hydrogenation. However, like many metal based catalysts used in the oil/gas industry, fouling is often cited as a major industrial issue. Ni-based oxygen carriers are promising xiii candidates for Chemical Looping Reforming (CLR i.e. H2 production) due to a combination of excellent methane conversion performance, mechanical stability and oxygen transfer capacity. However, experiments conducted on NiO/NiAl2O4 in a micro-fluidized bed reactor show that methane forms coke on active nickel sites and can deposit on NiO/NiAl2O4 (60 wt.% NiO) in the fuel oxidation phase. In subsequent tests, water vapour was fed to the coked Ni oxygen carrier producing a highly concentrated stream of CO/H2 (1/1). Water vapour is an effective oxidant for Ni(0) but is insufficient to entirely re-oxidize the oxygen carrier from Ni to NiO. In CLR applications, including a water treatment step can improve overall performance by removing deposited carbon and producing a concentrated stream of CO and H2: all carbon and oxygen atoms are essentially converted into CO. Steam carbon gasification (SCG) is an efficient alternative to air gasification for Ni-based oxygen carriers which, contrary to chemical looping principles, involves diluting carbon oxides with nitrogen. Without doubt overall performance of SCG is poorer than classical air regeneration in terms of kinetics, but it efficiently reduces carbon oxide emissions. Removing carbon from the oxygen carrier prior to entering the air reactor is relevant to chemical looping applications since it is related to its intrinsic concepts. An additional chapter based on the experimental observations reported in both articles 1 and 2, investigates the transient kinetics of the NiO reduction by methane, for CLC or CLR applications. The study is divided into two sub-sections that look into the catalytic reactions on one hand and the transient NiO reduction on the other hand. In fact, metallic nickel is well known to be an active catalyst for steam methane reforming and water gas shift. Kinetic parameters are determined and included in a more general transient kinetic model that represents well the reduction of NiO by methane. Over the tested temperature range (750 - 850 ºC), methane conversion reaches a maximum after a relatively short induction period. The three moments of the reaction (i.e. methane break through, H2O and CO2 emission, H2 and CO emission) are well represented by the following kinetic model: - 4 gas-solid reactions based on geometric contraction - 2 catalytic reactions i.e. steam methane reforming and water gas shift according to a LM-HW type of mechanism - 1 coking reaction and 1 steam carbon gasification reaction xiv Kinetic parameters are reported and have been estimated based on experimental data obtained in a micro fluidized bed. The results highlight the fact that gas-solid reactions are not very temperature sensitive with pretty low activation energies. On the contrary, carbon related reactions appear to be more temperature dependant. The mechanism that describe well the experimental data, suggests that methane oxidation goes through hydrogen production as a first step. The produced hydrogen can then undergo another gas-solid reaction or the catalytic water gas shift. The third and last article is slightly different compared to the two other and is entitled "Kinetics of mixed copper-iron based oxygen carriers for hydrogen production by chemical looping water splitting". The article has been published in the International Journal of Hydrogen Energy in May 2012. The article still focuses on H2 production through chemical looping, but in this case the source of H2 is not a fuel anymore, but water. The CLWS (chemical looping water splitting) process is based on two reactors, similar to those used in CLR or CLC. A fuel is reacted with an oxygen carrier in the fuel reactor to produce both H2O and CO2. The carrier is then transported to the steam reactor where it is re-oxidized using steam. Water splitting for hydrogen production through chemical looping was investigated in a micro fluidized bed reactor, at temperature ranging from 500 ºC to 800 ºC. Fewer oxygen carriers are suitable for CLWS than for CLR. Zinc, nickel, iron, manganese and copper based particles are among the very few carriers capable of reacting with steam. In our article, iron and copper based oxygen carriers were prepared by two methods and compared in terms of activity towards H2 production. CuO has the particularity among other metallic based O-carriers, of releasing heat during its reduction with methane to form Cu2O. Combined to another metal which reacts endothermically, the use of copper will limit the temperature drop in the fuel reactor. Analogously, the temperature increase will be moderated in the water splitter. Kinetic parameters were evaluated following classic gas-solid mechanisms determination. The activation energies (46-51 kJ/mol) for decomposition of water were determined using the Avrami model (nucleation) for the mixed Cu-Fe carrier prepared by coprecipitation and a shrinking core model for the powder prepared by incipient wetness impregnation. The production of hydrogen through chemical looping is not yet mature; however the work accomplished during this Ph.D. provides experimental data obtained on a micro reactor, proofs of concept, a patent and kinetics data that are crucial to bring hydrogen production via chemical xv looping to pilot plant trials. Regardless of the origin of the hydrogen (fuel or steam), the core of the process stays the oxygen carrier itself and this is where all the efforts should be concentrated


identifier: Dontsi Maken, D. (2012). Fissuration thermomécanique des barrages en béton soumis aux variations saisonnières de température en régions nordiques  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Au Québec, plusieurs barrages en béton sont soumis à des variations saisonnières de température pouvant aller jusque 75°C. Dans ces conditions, les changements volumétriques dans le barrage sont très souvent empêchés. Par conséquent des contraintes voire des déformations thermiques peuvent se développer dans le béton entrainant ainsi la dégradation de la rigidité et la résistance de ces barrages. De plus, les cycles saisonniers thermiques provoquent des mouvements amont-aval qui sont souvent à l'origine de la propagation des fissures horizontales et verticales au sein des barrages. Dans cette étude, une procédure de modélisation thermomécanique utilisant la méthode des éléments finis est proposée afin de bien comprendre le comportement thermomécanique des ouvrages en béton incluant la fissuration. Des analyses structurales et de transfert de chaleur ont été réalisées pour un barrage-poids (La Tuque 31 m) et un barrage-voûte (voûte 3-4 du barrage Daniel Johnson 214 m). Les conditions initiales et aux frontières ainsi que les paramètres d'entrée sont définies pour les analyses effectuées. Les équations pour évaluer les propriétés mécaniques (module d'élasticité, résistances à la traction et à la compression, énergie de fissuration et coefficient de Poisson) du béton en fonction de la température sont définies. Les modèles constitutifs de fissuration du béton utilisés pour les analyses thermomécaniques ainsi que les hypothèses de calculs des logiciels d'éléments finis utilisés (ABAQUS et ANSYS) sont présentés. Une étude a été menée pour examiner a) l'impact, de la variation des propriétés mécaniques d'un barrage-poids en fonction de la température et b) l'effet de la pénétration de l'eau dans les fissures (ou le long des joints de construction), sur les contraintes, les déplacements et la fissuration. Il est montré que la différence au niveau des contraintes entre l'analyse où l'on fait varier les propriétés mécaniques selon la température et celle où les propriétés demeurent constantes n'est pas significative (de l'ordre de 5%). Toutefois, cette différence augmente à 20% lorsqu'on regarde les déplacements résultants. L'effet de la désintégration du béton de surface des faces exposées à l'air ambiant sur les facteurs de sécurité (glissement, renversement et soulèvement) a été étudié pour le barrage-poids. Il est montré qu'en deçà de 2 m de profondeur de désintégration, tous ces facteurs de sécurité ne sont pas significativement affectés.  ABSTRACT: In Quebec, many dams are subjected to seasonal temperature variations going up to 75°C. Under these conditions, concrete volumetric changes in the dam are often prevented. Therefore, thermal stresses or strains can develop in the concrete leading to the long term degradation of stiffness and strength of those dams. Moreover, seasonal thermal cycles lead to upstream-downstream movements that are often the source of horizontal and vertical crack propagation in dams. In this study, a thermo-mechanical modeling procedure using the finite element method is proposed in order to assess the thermo-mechanical behavior of concrete structures including cracking. The computer programs ABAQUS and ANSYS are used in the study. Structural analyses and heat transfer were performed for a gravity dam (La Tuque 31 m) and an arch dam (arch 3-4 of the Daniel Johnson dam 214 m). The initial conditions and boundaries conditions as well as the input parameters are defined for the analyses. Equations to evaluate the mechanical properties (elastic modulus, tensile strength, compressive strength, fracture energy and Poisson's ratio) of concrete as a function of temperature are defined. The constitutive model of concrete used for thermo-mechanical analyses (fixed smeared crack model at Gauss points) and the assumptions of the finite element software used are presented. A study was conducted to see a) the impact of varying the mechanical properties of a gravity dam with temperature and b) the effect of water penetration into cracks (seeping along lift joints), on computed stresses, displacements and cracking process. It is shown that the difference in stress between the analysis where mechanical properties vary with temperature and the one where properties remain constant is not significant (about 5%). However, this difference increases to 20% when looking at the computed displacements. The effect of the disintegration of the concrete surface exposed to ambient air on the safety factors (sliding, overturning and uplifting) has been studied for the gravity dam. It is shown that below a 2 m depth disintegration, all those safety factors are not significantly affected.


identifier: Deterre, R. (2012). Microscopie non-linéaire pour l'imagerie des cordes vocales  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les cordes vocales sont deux replis de tissus loges dans le larynx et essentiels a la phonation. Malgre l'apparente simplicite de leur principe de fonctionnement, leur structure interne est complexe. Chaque corde est composee de dierentes couches de tissus aux proprietes mecaniques variables. La technique de reference pour les etudier, l'histologie, presente l'inconv enient d'^etre tres invasive. La microscopie non-lineaire est une technique d'imagerie optique qui permet d'imager des echantillons en profondeur de maniere non-invasive. De plus, elle ore des modes de contraste qui sont interessants pour visualiser des proteines breuses, l'elastine et le collagene, en partie responsables des proprietes mecaniques des tissus epitheliaux. Ce projet de recherche s'interesse a evaluer la capacite de la microscopie non-lineaire a fournir des performances similaires a l'histologie dans le cadre de l'imagerie des cordes vocales. L'objectif principal est de developper un microscope non-lineaire pour evaluer la capacite de ce type d'imagerie a observer des cordes vocales. La demarche choisie est de faire dans un premier temps des images de coupes nes de cordes vocales pour les comparer a une technique de reference, l'histologie. Dans un second temps, des tests visant a transcrire les resultats obtenus dans le cadre de l'imagerie in vivo ont ete eectues. Un systeme d'imagerie non-lineaire multimodal a ete concu speciquement pour permettre les experiences realisees pendant ce projet. Il a en particulier ete equipe pour prendre des images a grand champ de coupes de cordes vocales. Pour ce faire, il a fallu de creer un programme de contr^ole du microscope, et un autre de traitement des images obtenues. Apres avoir ete assemble, le systeme a ete teste pour verier que ses performances s'approchent des limites theoriques denies dans la litterature. Des coupes nes de cordes vocales ont ete obtenues aupres de l'equipe du Pr. Christopher J. Hartnick du Massachusetts Eye and Ear Inrmary, Harvard Medical School. Les specialistes de cette equipe ont analyse les images histologiques pour extraire de l'information structurelle sur les cordes vocales. Une correlation a ete obtenue entre ces informations et les analyses faites sur les images non-lineaires des m^emes echantillons. Une premiere etape pour evaluer la possibilite de transcrire ces resultats vers l'imagerie in vivo a ete realisee durant ce projet. Un larynx de porc a ete obtenu et les cordes vocales en ont ete extraites pour faire des images. Cette experience a montre qu'il est possible de localiser les dierentes macrostructures des cordes vocales avec la microscopie non-lineaire.  ABSTRACT: The vocal cords are two folds of epithelial tissues located in the larynx and are involved in production of the human voice. Despite their apparent simplicity, their internal structure is complex. Each fold can be divided into several layers with dierent mechanical properties. The gold standard for studying their structure { histology { has the inconvenience of being very invasive. Non-linear microscopy is an optical imaging technique which allows images to be taken in depth within samples in a non invasive manner. It also oers intrinsic contrasts, allowing the identication of certain brous proteins { elastin and collagen { which are responsible for the mechanical properties of epithelious tissues. The main goal of this research project was to assess nonlinear microscopy's performances for vocal fold imaging. The study has been broken down in two separate tasks. The rst one was to evaluate the nonlinear modalities contrast against histology. For that purpose, we chose to rst take images of thin samples and compare them to the corresponding histological slides. The second task was to make tests to transcribe the results obtained to in vivo imaging. A custom-built nonlinear imaging system was used for these experiments. It was developped to allow acquisition of wide-eld images. A C++ based software was developped to control the microscope and allow treatment and visualization of the images. After being built, the system was further tested to check its performances in comparison with the theoretical limit as described in the literature. Thin slices of vocal folds were obtained from the team of Pr Christopher J. Hartnick from Massachusetts Eye and Ear Inrmary, Harvard Medical School. Specialists from his team analysed the histological samples to extract structural data from the vocal folds. A good correlation was measured between histological and nonlinear data. A rst step in evaluating the possibility for translating these results towards in vivo imaging was performed during this project. A swine's larynx was obtained, and vocal folds were extracted for imaging purposes. This experiment showed that it is indeed possible to localize various macrostructures of the tissues with nonlinear microscopy.


identifier: Ouellet, A. C. (2012). Interprétation de mesures de contraintes réalisées avec une cellule doorstopper modifiée en milieu anisotrope  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Cette étude vise à généraliser aux matériaux transversalement isotropes l'interprétation de mesures réalisées avec une cellule doorstopper modifiée pour la détermination du tenseur des contraintes in situ. Les principales sources d'erreurs à différentes étapes de calculs sont discutées. Dans un premier temps, la justesse des contraintes en fond de trou est évaluée. Celles-ci sont calculées à partir des déformations relevées par la cellule doorstopper et des paramètres de déformabilité déterminés selon la procédure proposée par Corthésy et al. (1993). Des mesures de contraintes par surcarottage ainsi que des essais en laboratoire pour différents matériaux anisotropes sont simulés par éléments finis. L'erreur observée sur les contraintes en fond de trou calculées est jugée acceptable; elle s'avère être principalement due à l'interprétation de l'essai de compression diamétrale.Dans un deuxième temps, des simulations numériques sont réalisées pour déterminer le tenseur des contraintes avec trois forages dans un matériau transversalement isotrope. Suivant une hypothèse fréquemment posée en pratique, les plans d'isotropie des matériaux testés sont supposés parallèles au forage. Cette hypothèse simplificatrice entraîne un biais sur le tenseur des contraintes obtenu; le biais observé demeure toutefois acceptable. Les simulations numériques confirment que l'adaptation de la méthode conventionnelle d'obtention du tenseur des contraintes in situ aux matériaux transversalement isotropes permet une amélioration notable de la justesse du tenseur des contraintes déterminé dans de tels matériaux.Dans un troisième temps, les simulations numériques sont réinterprétées à l'aide de la méthode RPR. La généralisation de cette méthode aux matériaux transversalement isotropes est validée dans son ensemble; des cas déviants sont toutefois observés, puis expliqués. L'avantage de la méthode RPR quant à l'indépendance des points de mesure est conservé uniquement sous l'hypothèse selon laquelle les plans d'isotropie du matériau sont parallèles au forage; cette conclusion devrait être vérifiée à l'aide d'un modèle présentant des hétérogénéités d'anisotropie.  ABSTRACT: The goal of this study is to generalize to transversely isotropic materials the interpretation of modified doorstopper measurements for the determination of the ground stress tensor. Main sources of errors at different computation stages are discussed. Firstly, the accuracy of the stresses at the borehole bottom is assessed. These are calculated from the strains measured by the modified doorstopper cell and from the deformability parameters obtained according to the procedure proposed by Corthésy et al. (1993). Overcoring stress measurements and laboratory tests on different anisotropic materials are simulated using the finite element method. The error observed on the computed stresses at the borehole bottom is satisfactory; it proves to be mainly due to the interpretation of the diametrical compression test. Secondly, numerical simulations are conducted to obtain the ground stress tensor with three boreholes in a transversely isotropic material. Following an assumption frequently done in practice, the isotropy planes of the tested materials are taken parallel to the borehole. The computed stress tensor is biased because of this simplifying assumption; the observed bias remains however satisfactory. Numerical simulations confirm that adapting to transversely isotropic materials the conventional method for obtaining the ground stress tensor allows a significant improvement in the accuracy of the stress tensor determined in such materials. Thirdly, numerical simulations are reinterpreted using the RPR method. The generalization of this method to transversely isotropic materials is validated as a whole; outliers are however observed, and then explained. The advantage of the RPR method regarding the independence of measuring points is maintained only under the assumption the isotropy planes of the material are parallel to the borehole; this conclusion should be verified using a model with heterogeneous anisotropic materials.


identifier: Bonnard, C.-H. (2012). Transformateur limiteur de courant supraconducteur à haute température critique : design, construction et test  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Malgré un rendement eleve pouvant atteindre 98% ou 99%, les transformateurs modernes avec des enroulements en cuivre ou aluminium génèrent des pertes d'origines électrique (eet Joule,  80% a pleine charge) mais aussi magnétique ( 20%). L'utilisation de supraconducteurs pour les bobines permettrait, grâce aux propriétés intrinsèques du matériau, de reduire fortement les pertes du fait de l'absence de résistance au passage du courant électrique. L'impact environnemental est donc réduit avec l'amélioration du rendement. Cela signifie globalement moins d'emissions de CO2 si la production est basée sur des énergies fossiles. Les propriétés des matériaux supraconducteurs permettent également d'ajouter une nouvelle fonction aux transformateurs supraconducteurs par rapport a leurs homologues classique. En cet, les matériaux supraconducteur deviennent tres resistif lorsque le courant est supérieur au courant critique, cela permet d'obtenir une limitation naturelle et automatique du courant de court-circuit. La capacite de limitation de courant en cas de court-limitation est un sérieux avantage pour les transformateurs supraconducteurs, permettant ainsi diverses économies au niveau de la protection, de même qu'un maillage accru des réseaux, ce qui permet en général d'en améliorer la abilite. L'objectif principal de ce mémoire est i) d'évaluer de facon préliminaire les dicultes de l'intégration des matériaux supraconducteurs dans un transformateur limiteur de courant de court-circuit, ii) de verier les capacités de limitation qu'ore un tel transformateur. Afin de veriter ces possibilites, il a d'abord ete necessaire de concevoir et construire un prototype de transformateur (10kVA). Ce prototype a permis d'observer les contraintes liees a l'emploi de materiau supraconducteur dans une application concrête. Le comportement lorsqu'un court-circuit apparait au secondaire du transformateur a ete observe. On y compare le transformateur supraconducteur, dont l'enroulement secondaire est hybride ( 20% de ruban supraconducteur et 80% de cuivre), avec son equivalent comportant uniquement du cuivre.  ABSTRACT: Classical transformers generate losses by Joule eect ( 80% at full load) and by various other mechanisms in their ferromagnetic core ( 20% at full load). Despite the overall high eciency reached by modern power transformers (typically 98% to 99%), the latter can still be improved by using high temperature superconductors (HTS). Indeed, when used in coils, superconductors allow reducing the Joule losses thanks the extremely low resistance they offer to the electric current. If the generation is based on fossil fuels, even a slight improvement of the eciency can have a signicant on reducing CO2 emissions when considering the whole life cycle of the transformer. The properties of HTS materials can also add a new functionality to transformers in comparison with classical transformers, namely fault current limitation. Indeed, because the superconductor suddenly becomes very resistive when the transport current goes beyond the critical current of the wire, it provides an intrinsic, passive and failsafe fault current limitation mechanism. This behavior is likely to be highly desirable for the reliability of future electrical networks, as fault current levels steadily increase and lead to important investments in upgrades of protection systems or in network reconguration. The main objectives of this project were to: i) familiarize ourselves with the design challenges associated with the use of HTS wires in power transformers, and ii) verify the fault current limiting properties that allow such a transformer. Through the complete design and realization of a real 10 kVA prototype, we explored the operating conditions of the HTS transformer and the constraints of using HTS wires in a real application. We also compared our HTS transformer (actually, it is just partially superconducting since only 25% of the secondary winding is superconducting) with a full copper version, in order to see how both designs behave under fault current conditions. The design of the prototype took into account many constraints related to the use of superconducting materials. In fact, such materials are sensitive to mechanical constraints during construction and overcurrent conditions.


identifier: Pongmala, K. (2012). Modélisation de la contamination microbienne et des concentrations d'un micropolluant dans les débordements de réseaux d'égouts unitaires  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les concentrations élevées de contaminants durant les événements de pluie sont une préoccupation majeure pour la protection des sources d'eau potable. Les concentrations élevées de contaminants microbiens et des micropolluants ont été souvent détectées dans les débordements. Afin de protéger les sources d'eau potable, de concevoir des systèmes de traitement de débordement, ou d'évaluer les impacts du changement climatique sur les systèmes de drainage urbain dans le futur, une meilleure compréhension de la dynamique des contaminants de transport est nécessaire et peut être faite en partie, grâce à l'application de la simulation des modèles. Par conséquent, le but de cette recherche était de modéliser la contamination microbienne et les concentrations d'un micropolluant des eaux usées dans les rejets de débordement d'un réseau pseudo-sanitaire en milieu urbain dans la région métropolitaine de Montréal pour les événements survenus à l'automne 2009 et l'été 2010. Le logiciel SWMM (Storm Water Management Model) a été utilisé dans cette étude. Le contaminant microbien étudié était Escherichia coli en raison de son importance comme indicateur pour évaluer la qualité de l'eau brute au Québec et ailleurs. La carbamazépine a été également choisie comme micropolluant des eaux usées à modéliser, car il est persistant et généralement observé dans les eaux usées. Sur la base de la revue de la littérature, ces deux contaminants sont associés à des matières en suspension qui ont également été modélisées dans cette étude. Le modèle SWMM élaboré a été calibré avec un événement d'octobre 2009 et validé avec des données provenant de six événements surveillés de précipitations. Le modèle validé a été utilisé pour simuler la dynamique du transport microbienne et micropolluants, afin de prédire les concentrations maximales de contaminants durant les débordements qui présentent une période de risque élevé pour les prises d'eau potable.  ABSTRACT: Elevated concentrations of contaminants during wet weather are a major concern for the protection of drinking water sources. High concentrations of microbial contaminants and micropollutants were frequently found in overflow discharges. In order to protect sources of drinking water, to des gn overflow treatment systems, or to evaluate future impacts of climate change on urban drainage systems, a better understanding of contaminant transport dynamics is required and can be, in part, achieved through the application of simulation models. Therefore, the purpose of this research was to model the concentration of microbial contaminant and wastewater micropollutant in the overflow discharges of an urban pseudo-sanitary and combined drainage basin in the Greater region of Montreal for events occurring in autumn 2009 and summer 2010. The Storm Water Management Model (SWMM) was used in this study. The microbial contaminant studied was Escherichia coli because of its importance as an indicator for assessing raw water quality in Québec and elsewhere. Carbamazepine was chosen as the wastewater micropollutant to model since it is persistent and it is generally observed in sewage. Based upon the literature revue, these two contaminants are associated with suspended solids, thus, total suspended solids were also modelled in this study. The model was calibrated with an event from October 2009 and validated with data from other 6 monitored events. The validated model was used to simulate the dynamics of microbial and micropollutant transport, to predict peak contaminant concentrations at the beginning of overflow events which present a period of high potential risk for drinking water intakes.


identifier: Gendron, M. (2012). Détermination de la taille des effectifs et affectation des séquences de repos dans les horaires d'employés de compagnies de transport public  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les compagnies de transport public construisent les horaires de leurs employés en plusieurs étapes. Une de ces étapes est la construction des séquences de repos. Dans un environnement où plusieurs conventions collectives régissent différents groupes d'employés, cette étape est très importante. En effet, c'est à cette étape que le nombre exact d'employés requis pour chaque groupe est déterminé. L'objectif de ce mémoire est de modéliser les problèmes de construction des séquences de repos et de détermination de la taille des effectifs dans des horaires cycliques dans un contexte où il y a plusieurs groupes d'employés. Quelques modélisations seront proposées et seront comparées à l'aide d'expérimentations sur des jeux de données. Ces jeux de données réelles représentent différentes compagnies de transport public dans le monde. Dans le cadre de ce mémoire, deux modélisations seront présentées. La première modélisation est une modélisation  0-1 linéaire. La deuxième modélisation est une composition de plusieurs flots. Les deux modélisations permettront de trouver une solution optimale des problèmes dont la taille dépasse 450 employés. En fait, nous montrons qu'avec la deuxième modélisation, la complexité du problème ne dépend pas du nombre d'employés ni du nombre de tâches.  ABSTRACT: Public transit companies build schedules for their employees in multiple steps. One of those steps is the construction of the sequence of rest days. In an environment where multiple collective agreements govern multiple employee groups, this step is very important. In fact, it is at this step that the exact number of  employees required for each group is determined. The objective of this master's thesis is to model the problems of constructing rest day sequences and of determining the size of the workforce in a context where there are multiple employee groups. A few models will be proposed and compared in experimentations on data sets. Those data sets represent multiple public transit companies around the world. In this master's thesis, two models will be presented. The first one is 0-1 linear mathematical model. The second mathematical model is a composition of multiple flows. Both models will lead to finding an optimal solution for problems with a size exceeding 450 employees. In fact, we will show that with the second model, complexity is not dependent of the number of employees nor the number of tasks.