identifier: Emond, G. (2018). Stratégie de parallélisation hybride MPI/OPENMP pour EF, un programme d'analyse par éléments spectraux spécialisé pour la mécanique des fluides  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le programme d'analyse par éléments spectraux, EF, est développé au sein de Polytechnique Montréal afin de résoudre des problèmes de dynamique des fluides et de transfert de chaleur. Bénéficiant actuellement d'une parallélisation multi-threads avec l'interface OpenMP, il est optimisé pour le calcul sur des architectures à mémoire partagée uniquement. Typiquement, ces derniers sont munis de processeurs ayant tout au plus quelques dizaines de coeurs. Ce facteur devient limitant pour la réalisation de simulations d'envergure, notamment pour des domaines tridimensionnels. Ce mémoire présente une stratégie de parallélisation hybride MPI/OMP adaptée aux structures de données d'EF, afin de porter le programme sur des environnements à mémoire distribuée disposant de ressources significativement plus grandes. La méthode implémentée utilise également un troisième niveau de parallélisme avec l'ajout d'instructions SIMD. Typiquement, ce dernier permet d'accélérer la phase d'assemblage par un facteur entre 2 et 4. La résolution du système linéaire repose sur l'usage de solveurs directs distribués afin de conserver la robustesse du programme. Les solveurs CPardiso et Mumps sont alors incorporés au programme et leurs performances ont été évaluées sur un problème de diffusion thermique simple. Pour les deux solveurs, les besoins en mémoire sont redistribués équitablement et permettent donc de traîter des problèmes dont la taille excède la capacité maximale d'un seul noeud de calcul. En terme de temps d'exécution, CPardiso offre une certaine accélération pour la phase d'analyse et de factorisation mais aucun gain n'est observé lors de la résolution. Pour Mumps, des mesures préliminaires suggèrent des accélérations plus significatives, même pour la phase de résolution. Toutefois, plus de tests devront être effectués avant de se prononcer définitivement sur ce solveur.  ABSTRACT: EF is a spectral elements analysis software developped by Polytechnique Montréal to solve problems mainly related to fluid dynamics and thermal diffusion. Currently parallelized with OpenMP interface, the software is optimized for shared memory architectures with typically a few dozen cores. This limits the performance for analysis of large scale simulations, particularly for three dimensional domains. This work develops a MPI/OMP hybrid parallelization strategy customized for EF's data structures in order to run the program on significantly larger resources with distributed memory architectures. OpenMP SIMD constructs are also used in the matrix assembling phase as a third level of parallelization. Typical result shows a speed-up factor between 2 and 4. This strategy uses distributed solvers based on direct methods to maintain the software's reliability. Cluster Pardiso and Mumps solvers are integrated and their performances evaluated using simple thermal diffusion problem. For both solvers, results show that memory is equitably distributed within each process. Therefore, they are useful for the treatment of large scale problems. Concerning execution time of CPardiso, the analysis phase as well as factorization benefit from hybrid parallelization but no gain is obtained with this method in the solving phase. With Mumps, preliminary results suggest more important speed-ups. However, it has not been tested on large scale problems yet.


identifier: Lavoie, P. (2018). Croissance et caractérisation de l'alliage GaAs1-xBix par épitaxie par jets moléculaires  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

type:
Mémoire ou thèse
NonPeerReviewed

abstract: RÉSUMÉ: Parmi les semiconducteurs à bande interdite directe, l'alliage de bismuth dans le GaAs offre plusieurs propriétés intéressantes. D'abord, une réduction fortement non linéaire de l'énergie de la bande interdite avec la concentration de bismuth (approximée par un taux linéaire de - 0.88 meV / % Bi pour x 3.6 %) permet d'accéder à une large plage de longueurs d'onde dans la région des proches infrarouges (0.8 - 2.5 um) pour de faibles concentrations de bismuth (0 à 10.5 %), limitant ainsi les contraintes à apporter aux systèmes. Le GaAs1-xBix possède un fort couplage spin-orbite, faisant miroiter son utilisation au sein de dispositifs optoélectroniques exploitant le spin des porteurs de charge. Un autre avantage de cet alliage est que les niveaux énergétiques induits par l'inclusion de bismuth dans le GaAs sont situés dans la bande de valence, préservant ainsi la bonne mobilité électronique du GaAs. Ces propriétés font en sorte que l'alliage GaAs1-xBix a été utilisé au sein de dispositifs se basant sur des puits quantiques simples ou multiples. Cependant, la communauté scientifique peine à réaliser la croissance de cet alliage par épitaxie par jets moléculaires (Molecular Beam Epitaxy - MBE) avec une bonne qualité cristalline. Plusieurs phénomènes compliquent la croissance épitaxiale de cet alliage, le plus important étant la forte tendance du bismuth à ségréger vers la surface lors de la croissance comparativement aux alliages semiconducteurs III-V plus communs. Cette ségrégation force une diminution prononcée de la température du substrat lors de la croissance afin de permettre l'incorporation du bismuth dans la couche, mais les valeurs de températures de substrat requises peuvent faciliter l'incorporation d'antisites AsGa dans la couche ainsi que favoriser la création d'autres défauts. Une diminution du flux d'arsenic doit également accompagner la diminution de la température du substrat étant donné que les atomes d'arsenic et de bismuth compétitionnent pour les mêmes sites d'incorporation. De plus, contrairement à la croissance du GaAs, l'excès d'arsenic à la surface ne désorbe pas aux températures de substrat requises et la croissance de couches non stoechiométriques devient possible. Ainsi, une plage de paramètres de croissance restreinte permet la croissance de couches de GaAs1-xBix. Un compromis doit être fait sur ces paramètres de croissance, et il est difficile d'obtenir des échantillons de bonne qualité cristalline, tel que visible par les résultats de la littérature. Les propriétés tirées ou extrapolées de tels échantillons en sont également forcément affectées, ne reflétant pas celles d'un alliage idéal, mais plutôt celles d'échantillons avec une présence non négligeable de défauts et pour lesquels il n'a pas été confirmé que les sites d'incorporation des atomes de bismuth sont bels et bien substitutionnels.  ABSTRACT: Bismuth alloying in gallium arsenide exhibits multiple properties that makes GaAs1-xBix an interesting compound amongst direct band-gap semiconductors. One of its most interesting property is the strong bowing of the band-gap energy (that can be approximated by a linear reduction of - 88 meV / % Bi for x 3.6 %), allowing its tuning for a large frequency range in the near-infrared region (0.8 = 2.5 um) while minimizing strain in the layer. This alloy also has a strong spin-orbit coupling, making it an ideal candidate for spin-based devices in optolectronics. It has also been shown that the energy levels induced by the incorporation of Bi in GaAs are located in the valence band, preserving the high electron mobility of gallium arsenide. GaAs1-xBix has already been integrated in some devices, mainly in the form of single of multiple quantum wells. Despite that, the growth of this alloy by molecular beam epitaxy (MBE) remains problematic and many of the results displayed by the scientific community show samples of suboptimal crystalline and structural quality. The growth challenges mainly arise due to the strong bismuth surface segregation. In order to force its incorporation into the bulk, the substrate temperature during growth has to be significantly reduced to a point where the creation of defects such as AsGa antisites becomes an issue. Another main difference with the growth of GaAs is that given the lower substrate temperatures required, the arsenic to gallium flux ratio also needs to be decreased to prevent the formation of nonstoechiometric layers as excess arsenic at the surface will not be desorbed. A compromise between the growth parameters and the quality of the samples thus has to be made. There is a lack of systematic and detailed analysis of the crystalline quality and the incorporation sites of the GaAs1-xBix samples present in the litterature. Combined with results hinting towards layers containing defects in notable concentrations, doubts have to be raised about the published properties of this ternary compound as they might not represent the behavior of an alloy with low defects and substitutionnal incorporation sites. The goal of this work is to better the understanding and control of the incorporation of bismuth atoms on substitutionnal sites in gallium arsenide. In order to achieve this objective, 300-nm-thick GaAs1-xBix layers with 0.25 x 5 % have been grown by molecular beam epitaxy at substrate temperatures of 248, 289 and 330 C. The good crystalline quality of the layers were confirmed through atomically flat surfaces wihtout islands by atomic force microscopy (AFM) and uniform atom distribution throughout the layer by Rutherford backscattering spectrometry (RBS).


identifier: Xu, C. (2018). Solvent Cast Direct Ink Writing of Mesoscale Metallic Structures  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La fabrication additive (FA), également appelée impression tridimensionnelle (3D), modifie actuellement la façon dont nous concevons et fabriquons des structures de géométrie complexes. La possibilité de fabriquer presque toutes les géométries souhaitées permet la conception des structures requises pour obtenir les meilleures performances plutôt que la facilité de fabrication. FA crée un objet en ajoutant du matériau couche par couche à l'aide d'un modèle de conception assistée par ordinateur (CAD). Les avantages la rendent populaire auprès des chercheurs universitaires et de l'industrie manufacturière. Les processus de fabrication sans moule réduisent considérablement le coût et le temps nécessaires au prototypage rapide. Bien que les matériaux polymères FA soient très avancés pour créer facilement des structures 3D complexes, le métal est indispensable pour de nombreuses caractéristiques telles que la haute résistivité thermique, la conductivité électrique et les performances mécaniques. Les structures métalliques de méso-échelle fabriquées par additif sont largement utilisées dans diverses applications, par exemple les implants médicaux, les batteries, les électrodes et les capteurs. De nombreuses techniques de métal FA commercialisées, par exemple la fusion sélective au laser et la fusion par faisceau d'électrons, reposent sur un faisceau d'énergie de haute intensité pour faire fondre des particules métalliques de micro-taille. Cependant, le faisceau d'énergie nécessite des équipements coûteux et provoque des contraintes résiduelles dans les pièces fabriquées. L'objectif général de cette thèse est de développer un procédé de fabrication additive à faible coût permettant la fabrication de structures métalliques à méso-échelle présentant des performances électriques et mécaniques très élevées. Tout d'abord, une méthode a été développée pour construire des structures métalliques denses en combinant direct ink writing (DIW) à la température ambiante et traitements thermiques après déposition: frittage et infiltration métallique secondaire. La grande flexibilité du procédé permet la fabrication de géométries personnalisées, par exemple des structures entièrement remplies, poreuses, emboîtées et en surplomb. Ces structures sont imprimées à partir d'une encre métallique hautement concentrée constituée de microparticules d'acier fortement allié (HAS), d'acide poly-lactique (PLA) et de dichlorométhane (DCM). Les structures imprimées sont traitées thermiquement pour le frittage du métal menant à améliorer les performances mécaniques et électriques. La porosité des filaments des structures infiltrées en cuivre ne dépasse pas 0,2%.  ABSTRACT: Additive manufacturing (AM), also referred to as three-dimensional (3D) printing, is currently changing the way we design and fabricate structures due to its ability to build complex geometries that are not accessible by subtractive manufacturing approaches. The ability to fabricate almost any desired geometry enables the design of structures required for best performance rather than ease of manufacturing. AM builds an object by adding material in a layer-by-layer fashion based on a computer-aided design (CAD) model. Abundance advantages of AM make it popular among academic researchers and the manufacturing industry. Few restrictions on the geometry of fabricated structures enable AM to create customized healthcare products. Mold-free manufacturing processes significantly reduce the cost and time for rapid prototyping. Although AM of polymeric materials is highly advanced to easily create complex 3D structures, metal is indispensable for many features such as thermal resistivity, electrical conductivity and mechanical performance. Additive manufactured mesoscale metallic structures are widely used in diverse applications, e.g., medical implants, batteries, electrodes, sensors, aerospace components and dental devices. Many commercialized metal AM techniques, e.g., selective laser melting and electron beam melting, rely on a high-intensity energy beam to fuse micro-sized metal particles. The energy beam, however, requires expensive equipment and causes residual stresses in the fabricated parts. The general objective of this dissertation is to develop a low-cost additive manufacturing method allowing the fabrication of mesoscale metal structures featuring high electrical and mechanical performances. First of all, a method was developed to build dense metallic structures by combining room-temperature direct ink writing (DIW) and post-deposition thermal-treatments: sintering and secondary metallic infiltration. The high flexibility of the method enables the fabrication of customized geometries, e.g., fully-filled, porous, interlocked and overhang structures. These structures are printed from a highly concentrated metallic ink consisting of highly alloyed steel (HAS) microparticles, polylactic acid (PLA) and dichloromethane (DCM). The as–printed structures are thermally treated to improve the mechanical and electrical performances. The filament porosity of the copper infiltrated structures is as low as 0.2%. Tensile tests and electrical conductivity measurements are carried out on the copper infiltrated structures, which reveal that the Young's modulus is up to 195 GPa and the electrical conductivity is as high as 1.42 × 106 S/m.


identifier: Cloutier, N. (2018). Change-Based Approaches for Static Taint Analyses  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les logiciels développés dans les dernières années ont souvent été aux prises avec des vulnérabilités qui ont été exploitées par des personnes mal intentionnées. Certaines de ces attaques ont coûté cher à plusieurs entreprises et particuliers dus aux données volées. Ainsi, il y a un besoin réel de déceler ces failles dans le code avant leur utilisation. Une technique pour tenter de détecter de possibles vulnérabilités dans le code avant même que le logiciel soit public est d'utiliser un outil d'analyse statique. En utilisant plus particulièrement l'analyse de teinte qui a pour but de simuler la propagation de données critiques dans le programme, il est possible de trouver des points d'accès dans le code qui ne sont pas protégés. Cependant, ces analyses peuvent prendre des heures selon l'outil utilisé et le volume de code à analyser. En plus d'être de longues analyses, elles sont souvent effectuées à répétition sur le même code au fur et à mesure qu'il est développé. Chaque fois, c'est un calcul exhaustif à partir de zéro alors que les changements dans le code sont généralement minimes en comparaison au volume total du logiciel. Instinctivement, on pourrait supposer que si les changements sont mineurs dans le code, les changements dans les résultats devraient aussi l'être. Dans ce mémoire, nous nous penchons sur des techniques tirant avantage de la nature incrémentale du développement logiciel afin d'accélérer le calcul de la teinte. Notre travail propose une technique novatrice qui met à jour la teinte en fonction des changements dans le code entre deux versions. Nous utilisons une technique qui est granulaire à la ligne de code. Avec nos améliorations, nous réussissons à largement réduire le temps de calcul nécessaire sur les projets que nous avons analysés.  ABSTRACT: In the past few years, many security problems have been discovered in all kinds of software. For some of these vulnerabilities, ill-intentioned people exploited them and successfully stole information about people and companies. The monetary cost of these vulnerabilities is real, and for this reason, many developers are trying to find these vulnerabilities before hackers do. One method to find vulnerabilities in an application before it is published is to use a static analysis tool. Taint analysis is one static analysis technique that is closely related to security. This approach simulates how data is propagated inside the application with the goal of finding locations that could either leak sensitive information or damage the integrity of the system. These analyses can take hours, depending on the tool used and the size of the codebase being analyzed. On top of taking considerable time, these analyses tend to be repeated over and over during development. The computation of taint is exhaustive and usually redone from scratch on every execution, even if the codebase has stayed nearly the same since the last analysis. This is why our work will mainly focus on how we can take advantage of the incremental nature of software development to accelerate the computation of taint. We propose new techniques to update the taint information from the changes in the source code between two versions of a given software. Our approaches are granular to the lines of code and succeed at greatly reducing the time required to find potential vulnerabilities in the projects that we analyzed.


identifier: Grenon, C. (2018). Caractérisation pétrophysique du gisement cuprifère de Highland Valley(Colombie-Britannique)  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le projet « Ore Footprints » du Conseil d'Innovation Minier du Canada (CMIC) et du Conseil de Recherche en Sciences Naturelles et en Génie du Canada (CRSNG-NSERC) avait comme objectif de déterminer les signatures caractéristiques propres à trois grands gisements du Canada. Le présent travail a été axé sur le gisement de cuivre porphyrique d'Highland Valley Copper de la compagnie minière TECK Ressources situé au sud-ouest de la ville de Kamloops en Colombie-Britannique. Les propriétés physiques (susceptibilité magnétique, densité, porosité, résistivité, chargeabilité, temps de relaxation et rayonnement gamma) des différentes unités lithologiques, incluant les différents types d'altération et de minéralisation, de la propriété Highland Valley Copper ont été mesurées à diverses échelles, pour une variété de séparations, à l'aide de trois approches. La première approche consistait en des mesures sur 640 échantillons de forage ou de surface; la deuxième, en des levés de microgéophysique sur huit différents affleurements en tentant de caractériser le plus d'unités lithologiques possible et finalement la troisième en des levés de diagraphies en forage. Douze trous de forage ont fait l'objet de diagraphies. Le but de ces travaux était de générer une base de données utile pour définir l'empreinte du gisement et pour interpréter les données géophysiques. Les résultats d'analyses en composantes principales des propriétés physiques des échantillons qui ont été récoltés par de multiples intervenants dans ce projet semblent démontrer que la susceptibilité magnétique et la densité affichent des comportements de variabilités similaires, une variabilité similaire également entre la chargeabilité et la résistivité, mais indépendamment de la susceptibilité magnétique et de la densité. La porosité affiche une corrélation inverse avec le magnétisme et la densité. Les corrélations de surface faites avec différents index d'altérations indiquent que la susceptibilité magnétique décroît avec l'augmentation de l'altération argilique. Les résultats de mesures de la résistivité électrique complexe dans le domaine de fréquence, effectués sur des carottes de 2,5 cm de diamètre et 8 cm de longueur semblent indiquer un comportement particulier qui se traduit par des phases élevées, soit de l'ordre de 120 à 700 mrad, entre les fréquences 1x10-2 Hz et 1Hz lorsqu'il y a présence de sulfures massifs, disséminés ou interconnectés. Les fréquences associées aux maximums semblent varier légèrement en fonction du type de sulfure en présence (Py, Cpy, Bn). Les altérations en muscovite et kaolinite démontrent également une variation de l'ordre de 50 mrad, mais cette fois dans la fourchette située entre 1Hz et 1x102Hz. Les résultats de diagraphies réalisées en collaboration de la compagnie Teck ainsi que de moi-même en tant qu'assistant, affiche une signature assez typique lorsqu'il y a minéralisation élevée en Cu, soit une baisse de susceptibilité magnétique, une hausse de chargeabilité et une baisse de résistivité. Dans quelques cas, une hausse de l'altération potassique (K/Al) et une baisse de l'altération sodique (N/Al), semblent être associées avec les zones minéralisées affichant aussi une augmentation du compte gamma. Des mesures ont montré une bonne corrélation entre la diminution de la susceptibilité magnétique sur des zones d'affleurement et la présence de structures d'altérations visibles. Des cartes de propriétés physiques mesurées à la surface d'affleurements suggèrent deux populations de susceptibilité magnétique, densité et porosité dans l'unité Bethsaida. Les contrastes se manifestent entre la zone minéralisée et la zone non minéralisée. La résistivité et la chargeabilité semblent indiquer des valeurs élevées près des centres minéralisés, indiquant une forte présence de grains métalliques chargeables, mais dans une matrice résistive comme le quartz par exemple. La signature pétrophysique la plus significative à l'échelle du batholithe résultant de ces travaux s'exprime par des réponses magnétiques distinctes associées aux altérations. Un index d'altération a été élaboré à l'aide des mesures magnétiques basées sur les observations des différentes susceptibilités magnétiques pour les différents faciès du batholithe. Pour quelques faciès du batholithe, les index d'altération montraient une bonne correspondance avec les altérations cartographiées en surface.  ABSTRACT: The Ore Footprints Project of the Mining Innovation Council of Canada (CMIC) and the Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (NSERC-NSERC) had the objective of identifying signatures for three major deposits in Canada. This work focused on the Highland Valley Copper Porphyry Copper Deposit of the TECK Resources Mine located southwest of the town of Kamloops, British Columbia. The physical properties (magnetic susceptibility, density, porosity, resistivity, chargeability, relaxation time and gamma radiation) of the different lithological units, including the different types of alteration and mineralization, of the Highland Valley Copper property were measured at various scales, for a variety of separations, using three approaches. The first approach consisted of measurements on 640 drill or surface samples; the second, in microgeophysical surveys on eight different outcrops, attempting to characterize as many lithological units as possible; and finally, the third in well logging surveys. Twelve boreholes were logged. The purpose of this work was to generate a useful database to define the footprint of the deposit and to interpret the geophysical data. The results of principal component analyze of the physical properties of the samples that were collected by multiple stakeholders in this project seem to demonstrate that magnetic susceptibility and density show similar variability behaviors. Similar variability also exists between chargeability and resistivity, but independently of magnetic susceptibility and density. Porosity displays an inverse correlation with magnetism and density. Surface correlations made with different indexes of alteration indicate that magnetic susceptibility decreases with increasing argillic weathering. The results of measurements of the complex electrical resistivity in the frequency domain, carried out on cores 2,5 cm in diameter and 8 cm long, seem to indicate a particular behavior which results in high phases between the frequencies 1x10-2 Hz and 1Hz when there is massive sulphides, disseminated or interconnected. The frequencies associated with maximums seem to vary slightly depending on the type of sulphide present (Py, Cpy, Bn). The muscovite and kaolinite alterations also show greater variation in phase, but this time in the range between 1Hz and 1x102Hz. Collaborative logging results from the Teck Company and myself as an assistant show a fairly typical signature when there is high Cu mineralization, a decrease in magnetic susceptibility, an increase in chargeability and a drop in resistivity. In some cases, an increase in potassium alteration (K / Al) and a decrease in sodium alteration (N / Al) appear to be associated with the mineralized zones also showing an increase in the gamma count. Measurements have shown a good correlation between the decrease in magnetic susceptibility on outcrop areas and the presence of visible alteration structures. Maps of physical properties measured at the outcrop surface suggest two populations of magnetic susceptibility, density, and porosity in the Bethsaida unit. Contrasts occur between the mineralized zone and the non-mineralized zone. Resistivity and chargeability seem to indicate high values near mineralized centers, indicating a strong presence of chargeable metallic grains, but in a resistive matrix such as quartz for example. The most significant petrophysical signature at the batholith scale resulting from this work is expressed by distinct magnetic responses associated with alterations. An alteration index was made using magnetic measurements based on the observations of the different magnetic susceptibilities for the different facies of the batholith. For some facies of the batholith, the weathering indexes had good matches with the surface mapped alterations.


identifier: Lemery, J. (2018). Étude expérimentale via l'essai de fendage, de l'énergie de fissuration des bétons des ouvrages hydrauliques  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Depuis leur construction, certains ouvrages hydrauliques du Québec subissent un phénomène de dégradation accélérée du à la Réaction Alcalis-Granulats ou RAG. Cette pathologie introduit un gonflement au sein de la matrice du béton, et de ce fait induit une dégradation du matériau en plus d'un effet structural sur les ouvrages. La résistance des barrages se trouve altérée par ce phénomène, et des questions se soulèvent quant à la pérennité et la sécurité de ces installations.  ABSTRACT: Since their construction, certain hydraulic structures in Quebec have experienced an accelerated degradation phenomenon due to the Alkali-Aggregate Reaction(AAR.This pathology introduces swelling within the matrix of the concrete, and thus induces degradation at the material level, in addition to structural effects at the level of the facility. The strength of the se structures is impaired by this phenomenon, and questions arise as to the durability and safety of these facilities.


identifier: Schmidt, A. (2018). On Delamination Crack Detection in Carbon Fiber Reinforced Polymers Using Electrical Impedance Tomography and Supervised Learning  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'usage des Polymères Renforcés en Fibres de Carbone (PRFC) s'est répandu grâce notam- ment à leur important rapport résistance/poids, leur résistance à la corrosion et à la fatigue, et à la flexibilité qu'ils permettent lors de la conception, par rapport aux métaux. Ils sont com- posés de plaques de matrice polymère, renforcées par des fibres de carbone, qui peuvent être empilées et orientées arbitrairement de façon à atteindre les propriétés mécaniques désirées. En revanche, du fait de leur anisotropie mécanique élevée, les PRFC possèdent des modes de rupture qui leur sont propres. En particulier, la fatigue du matériau et un impact à basse énergie peuvent se traduire par le phénomène de délaminage, soit le décollement des plaques du matériau. Comme cette dégradation ne peut pas être détectée par inspection visuelle, la fiabilité des structures en PRFC s'en trouve réduite. Il est donc essentiel de développer une méthode automatique de détection du délaminage. Plusieurs techniques non-destructives existent déjà, parmi lesquelles figurent les ultrasons, les fibres optiques, les ondes de Lamb et les courants de Eddy. Cependant, la plupart de ces méthodes requièrent l'utilisation de capteurs coûteux et ne peuvent être appliquées lors de l'opération de l'appareil, ou nécessitent l'intervention sur place de personnel qualifié. La Tomographie d'Impédance Électrique (TIE) a été envisagée pour la détection du délami- nage en raison de son faible coût et de sa capacité à fournir des informations en temps réel sur la santé du matériau. Cette méthode consiste à reconstituer une carte de la conductivité d'un matériau en injectant des courants et en mesurant les différences de potentiel résultantes. Cependant, d'importantes incertitudes demeurent dans l'estimation de la position et de la taille du délaminage. Il est donc nécessaire de développer un outil qui permette, d'une part, de déterminer les mesures qui apportent le plus d'information vis-à-vis des paramètres du délaminage, et d'autre part, de tirer de ces mesures une estimation stable de ces paramètres. Dans ce document, nous étendons les méthodes d'apprentissage supervisé au traitement des données de TIE. L'objectif général est l'optimisation de la configuration des électrodes pour l'application de la TIE à la détection de délaminage dans les PRFC. Ce projet s'articule en deux étapes. Dans un premier temps, il faut comprendre et formuler le modèle mathématique associé au problème direct ; nous reprenons le modèle d'électrode proposé par Somersalo (1992). Cela implique aussi de caractériser et paramétrer le délaminage, ainsi que d'identifier les erreurs associées au modèle et aux mesures expérimentales. Cette étape mène à la génération de données synthétiques de mesures de potentiels à l'aide d'un logiciel d'éléments finis. Lors de la deuxième phase, le problème inverse est abordé du point de vue de la classification binaire, l'inférence portant sur la présence de délaminage. Un bruit multiplicatif Gaussien est ajouté aux tensions mesurées. Plusieurs algorithmes issus de l'apprentissage automatique sont utilisés : la méthode des forêts aléatoires, la méthode des plus proches voisins, et la méthode des machines à vecteurs de support. Nous utilisons la performance de ces algorithmes en fonction des paramètres expérimentaux pour comprendre les relations existantes entre ces derniers. Nos résultats indiquent qu'une forte anisotropie ne rend pas toujours les prédictions plus difficiles; cela peut même donner lieu à de meilleures prédictions lorsque l'espacement des électrodes est très supérieur à l'épaisseur du matériau. Ceci nous pousse à recommander des recherches plus approfondies au sujet de l'influence jointe des paramètres géométriques et électriques du matériau sur le positionnement optimal des électrodes.  ABSTRACT: Materials made of Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP) are increasingly used in various engineering domains due to their high strength-to-weight ratio. However, they are subject to delamination, a mode of failure which can cause layers to separate. Since this type of failure is not visually observable, detection with non destructive testing is essential. The aim of Electrical Impedance Tomography is to reconstruct the conductivity distribution of a medium by injecting current through electrodes and measuring resulting voltages. More precisely, in the context of damage detection, the aim is to detect voltages anomalies that betray the presence of delamination. Research has already been done about statistical inference on delamination size and location. However, the inverse problem was always tackled from a regression point of view, and its study failed to provide insights about the joint influence of measurement noise and samples properties, such as geometry and electrical conductivity anisotropy, on the prediction performance. In this document, we generate synthetic data using a finite element software and borrow algorithms from the supervised learning field for the solution of the inverse problem. We study the impact of anisotropy, electrode positioning, and measurement noise on the prediction performance in a classification setting. We also show that cavities are easier to detect than delamination. Our results indicate that high anisotropy might not necessarily make inferring the presence of delamination more difficult. This leads us to recommend further research on the joint influence of geometry and anisotropy on optimal electrode spacing.


identifier: Hafnaoui, I. (2018). Handling Information and its Propagation to Engineer Complex Embedded Systems  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Avec l'intérêt que la technologie d'aujourd'hui a sur les données, il est facile de supposer que l'information est au bout des doigts, prêt à être exploité. Les méthodologies et outils de recherche sont souvent construits sur cette hypothèse. Cependant, cette illusion d'abondance se brise souvent lorsqu'on tente de transférer des techniques existantes à des applications industrielles. Par exemple, la recherche a produit divers méthodologies permettant d'optimiser l'utilisation des ressources de grands systèmes complexes, tels que les avioniques de l'Airbus A380. Ces approches nécessitent la connaissance de certaines mesures telles que les temps d'exécution, la consommation de mémoire, critères de communication, etc. La conception de ces systèmes complexes a toutefois employé une combinaison de compétences de différents domaines (probablement avec des connaissances en génie logiciel) qui font que les données caractéristiques au système sont incomplètes ou manquantes. De plus, l'absence d'informations pertinentes rend difficile de décrire correctement le système, de prédire son comportement, et améliorer ses performances. Nous faisons recours au modèles probabilistes et des techniques d'apprentissage automatique pour remédier à ce manque d'informations pertinentes. La théorie des probabilités, en particulier, a un grand potentiel pour décrire les systèmes partiellement observables. Notre objectif est de fournir des approches et des solutions pour produire des informations pertinentes. Cela permet une description appropriée des systèmes complexes pour faciliter l'intégration, et permet l'utilisation des techniques d'optimisation existantes. Notre première étape consiste à résoudre l'une des difficultés rencontrées lors de l'intégration de système : assurer le bon comportement temporelle des composants critiques des systèmes. En raison de la mise à l'échelle de la technologie et de la dépendance croissante à l'égard des architectures à multi-coeurs, la surcharge de logiciels fonctionnant sur différents coeurs et le partage d'espace mémoire n'est plus négligeable. Pour tel, nous étendons la boîte à outils des système temps réel avec une analyse temporelle probabiliste statique qui estime avec précision l'exécution d'un logiciel avec des considerations pour les conflits de mémoire partagée. Le modèle est ensuite intégré dans un simulateur pour l'ordonnancement de systèmes temps réel multiprocesseurs.  ABSTRACT: In today's data-driven technology, it is easy to assume that information is at the tip of our fingers, ready to be exploited. Research methodologies and tools are often built on top of this assumption. However, this illusion of abundance often breaks when attempting to transfer existing techniques to industrial applications. For instance, research produced various methodologies to optimize the resource usage of large complex systems, such as the avionics of the Airbus A380. These approaches require the knowledge of certain metrics such as the execution time, memory consumption, communication delays, etc. The design of these complex systems, however, employs a mix of expertise from different fields (likely with limited knowledge in software engineering) which might lead to incomplete or missing specifications. Moreover, the unavailability of relevant information makes it difficult to properly describe the system, predict its behavior, and improve its performance. We fall back on probabilistic models and machine learning techniques to address this lack of relevant information. Probability theory, especially, has great potential to describe partiallyobservable systems. Our objective is to provide approaches and solutions to produce relevant information. This enables a proper description of complex systems to ease integration, and allows the use of existing optimization techniques. Our first step is to tackle one of the difficulties encountered during system integration: ensuring the proper timing behavior of critical systems. Due to technology scaling, and with the growing reliance on multi-core architectures, the overhead of software running on different cores and sharing memory space is no longer negligible. For such, we extend the real-time system tool-kit with a static probabilistic timing analysis technique that accurately estimates the execution of software with an awareness of shared memory contention. The model is then incorporated into a simulator for scheduling multi-processor real-time systems.


identifier: Gancheva, T. P. (2018). Synthèse et caractérisation d'hydrogels macroporeux contenant des nanoparticules pour des procédés catalytiques hétérogènes en écoulement continu  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les nanoparticules (NPs) métalliques catalysent un grand nombre de réactions chimiques dans des conditions relativement douces et vertes, mais également avec une sélectivité élevée. C'est pourquoi l'industrie chimique s'est orientée de plus en plus vers les procédés « nanocatalysés » depuis les deux dernières décennies. Le problème principal, relié à l'utilisation de nanoparticules catalytiques, provient de leurs petites dimensions : la taille nanoscopique (~ 1 – 10 nm) rend les particules thermodynamiquement instables et en conséquence, elles s'agglomèrent, coalescent, et perdent leur propriétés catalytiques. De surcroît, la récupération des nanoparticules dispersées dans le milieu réactionnel nécessite des procédés sophistiqués et dispendieux.  ABSTRACT: Metallic nanoparticles (NPs) catalyze a large number of chemical reactions under relatively mild and green conditions, and with high selectivity. As a result, during the last two decades, the chemical industry has become increasingly focused and interested on « nanocatalyzed » processes. The main problem with the use of catalytic nanoparticles arises from their dimensions : the nanoscopic size (~ 1 – 10 nm) renders the particles thermodynamically unstable and as a result, they agglomerate, coalesce, and lose their catalytic properties. In addition, nanoparticles recovery from the reaction medium requires sophisticated and expensive processes.


identifier: Carrier, M. (2018). Impacts du comportement d'un agent virtuel sur les sentiments de présence sociale et de co-présence et sur l'apprentissage lors d'une formation médicale multi-utilisateur en réalité augmentée  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La technologie qu'est la réalité augmentée s'est récemment beaucoup développée, autant au niveau mobile qu'au niveau du port de lunettes de réalité augmentée, et des simulations médicales l'utilise maintenant. Dans une optique de maximiser les apprentissages réalisés par les futurs médecins et de s'adapter aux méthodes d'enseignement et aux classes actuelles, il est pertinent de s'attarder aux concepts de simulations multi-utilisateurs et d'agent virtuel. Le développement de simulations multi-utilisateurs permet aux étudiants d'apprendre en groupes, d'échanger pendant les simulations et de travailler en équipe sur un même cas. Des instructeurs virtuels, ou agents virtuels, peuvent également intégrer ces simulations afin de guider les étudiants et de leur enseigner divers concepts ou techniques. Afin de maximiser les apprentissages et de faire ressentir un fort sentiment de présence aux étudiants, les comportements d'un agent virtuel et tout ce qui s'y rattache doivent sembler les plus naturels possible. C'est cet ajout d'un agent virtuel à une simulation multi-utilisateur qui est original et peu abordé par les études de la communauté scientifique. Or, cette étude vise à développer une simulation multi-utilisateur en réalité augmentée avec les lunettes Hololens de Microsoft qui intègre un agent virtuel. Ensuite, grâce à la mise sur pied de cette simulation, cette étude vise à mesurer les impacts du comportement d'un agent virtuel sur le sentiment de présence sociale, le sentiment de co-présence et l'apprentissage lors d'une formation médicale multiutilisateur en réalité augmentée.  ABSTRACT: Augmented reality has recently developed a lot, both on mobiles or on headsets, and medical simulations are now using it. In order to maximize the learnings of future doctors and to adapt the teaching methods to today's classes, it is relevant to focus on the concepts of multi-user simulations and virtual agent. Multi-user simulations allow students to learn in groups, to exchange during simulations and to work as a team on the same case. Virtual instructors, or virtual agents, can also integrate these simulations to guide the students and to teach them various concepts or techniques. With a purpose to maximize the students' learnings and to create a strong sense of presence, the behaviors of a virtual agent and everything related to it must be as natural as possible. It is this adding of a virtual agent to a multi-user simulation that is original and little addressed by the studies of the scientific community. Therefore, this study aims to develop an augmented reality multi-user simulation, with the Hololens headset developed by Microsoft, which integrates a virtual agent. Then, thanks to the development of that simulation, this study aims to measure the impacts of a virtual agent's behaviors on the feeling of social presence, the feeling of copresence and the learnings of students during a multi-user medical training in augmented reality. Every objectives of this study was achieved and two versions of a simulation were developed and tested on 32 teams of two persons. Half of the teams experienced this study with improved virtual agent behaviors (improved version), while the other half was the control group (standard version). The improved behaviors of the virtual agent are the occlusion of this virtual agent by the physical environment and the awareness by it of all the participants in the simulation. This awareness of others comes from the knowledge of their positions and their orientations in the environment, allowing the virtual agent to look at each participant individually. Thus, the participants of the improved version see the "same" virtual agent who moves in the same way for everyone and who reacts to their voice. The implementation of these behaviors has required the development of a communication network that can support the sharing of informations needed for the multi-user mode and the development of algorithms related to the sharing of 3D objects. These developments, as well as all the different algorithms related to the improved behaviors of the virtuel agent, are interesting advances for the research of multi-user simulations in augmented reality.


identifier: Abusitta, A. (2018). Theoretical and Applied Foundations for Intrusion Detection in Single and Federated Clouds  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les systèmes infonuagiques deviennent de plus en plus complexes, plus dynamiques et hétérogènes. Un tel environnement produit souvent des données complexes et bruitées, empêchant les systèmes de détection d'intrusion (IDS) de détecter des variantes d'attaques connues. Une seule intrusion ou une attaque dans un tel système hétérogène peut se présenter sous des formes différentes, logiquement mais non synthétiquement similaires. Les IDS traditionnels sont incapables d'identifier ces attaques, car ils sont conçus pour des infrastructures spécifiques et limitées. Par conséquent, une détection précise dans le nuage ne sera absolument pas identifiée. Outre le problème de l'infonuagique, les cyber-attaques sont de plus en plus sophistiquées et difficiles à détecter. Il est donc extrêmement compliqué pour un unique IDS d'un nuage de détecter toutes les attaques, en raison de leurs implications, et leurs connaissances limitées et insuffisantes de celles-ci. Les solutions IDS actuelles de l'infonuagique résident dans le fait qu'elles ne tiennent pas compte des aspects dynamiques et hétérogènes de l'infonuagique. En outre, elles s'appuient fondamentalement sur les connaissances et l'expérience locales pour identifier les attaques et les modèles existants. Cela rend le nuage vulnérable aux attaques «Zero-Day». À cette fin, nous résolvons dans cette thèse deux défis associés à l'IDS de l'infonuagique : la détection des cyberattaques dans des environnements complexes, dynamiques et hétérogènes, et la détection des cyberattaques ayant des informations limitées et/ou incomplètes sur les intrusions et leurs conséquences. Dans cette thèse, nous sommes intéressés aux IDS génériques de l'infonuagique afin d'identifier les intrusions qui sont indépendantes de l'infrastructure utilisée. Par conséquent, à chaque fois qu'un pressentiment d'attaque est identifié, le système de détection d'intrusion doit être capable de reconnaître toutes les variantes d'une telle attaque, quelle que soit l'infrastructure utilisée. De plus, les IDS de l'infonuagique coopèrent et échangent des informations afin de faire bénéficier chacun des expertises des autres, pour identifier des modèles d'attaques inconnues.  ABSTRACT: Cloud Computing systems are becoming more and more complex, dynamic and heterogeneous. Such an environment frequently produces complex and noisy data that make Intrusion Detection Systems (IDSs) unable to detect unknown variants of known attacks. A single intrusion or an attack in such a heterogeneous system could take various forms that are logically but not synthetically similar. This, in turn, makes traditional IDSs unable to identify these attacks, since they are designed for specific and limited infrastructures. Therefore, the accuracy of the detection in the cloud will be very negatively affected. In addition to the problem of the cloud computing environment, cyber attacks are getting more sophisticated and harder to detect. Thus, it is becoming increasingly difficult for a single cloud-based IDS to detect all attacks, because of limited and incomplete knowledge about attacks and implications. The problem of the existing cloud-based IDS solutions is that they overlook the dynamic and changing nature of the cloud. Moreover, they are fundamentally based on the local knowledge and experience to perform the classification of attacks and normal patterns. This renders the cloud vulnerable to “Zero-Day” attacks. To this end, we address throughout this thesis two challenges associated with the cloud-based IDS which are: the detection of cyber attacks under complex, dynamic and heterogeneous environments; and the detection of cyber attacks under limited and/or incomplete information about intrusions and implications. We are interested in this thesis in allowing cloud-based IDSs to be generic, in order to identify intrusions regardless of the infrastructure used. Therefore, whenever an intrusion has been identified, an IDS should be able to recognize all the different structures of such an attack, regardless of the infrastructure that is being used. Moreover, we are interested in allowing cloud-based IDSs to cooperate and share knowledge with each other, in order to make them benefit from each other's expertise to cover unknown attack patterns. The originality of this thesis lies within two aspects: 1) the design of a generic cloud-based IDS that allows the detection under changing and heterogeneous environments and 2) the design of a multi-cloud cooperative IDS that ensures trustworthiness, fairness and sustainability. By trustworthiness, we mean that the cloud-based IDS should be able to ensure that it will consult, cooperate and share knowledge with trusted parties (i.e., cloud-based IDSs). By fairness, we mean that the cloud-based IDS should be able to guarantee that mutual benefits will be achieved through minimising the chance of cooperating with selfish IDSs. This is useful to give IDSs the motivation to participate in the community.


identifier: Gaudreau, J. (2018). Design and Validation of a Remote-Controlled Internal Lengthening Plate for Distraction Osteogenesis in Pediatric Patients  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'ostéogenèse par distraction est une technique couramment utilisée afin d'allonger les os longs chez les patients atteints d'une difformité osseuse dans un membre. Ce procédé chirurgical consiste à exécuter une ostéotomie partielle au niveau de la diaphyse de l'os et à séparer graduellement les deux morceaux à l'aide d'un fixateur extensible, qui maintient les deux segments osseux vis-à-vis l'un l'autre. Le fixateur le plus répandu est l'appareil Ilizarov qui, malgré son succès dans l'ostéogenèse par distraction, peut causer des infections ou de la cicatrisation excessive au niveau des broches de fixation. L'introduction des fixateurs télescopiques intramédullaires, tel le PRECICE, a résolu ces complications chez les patients adultes. Cependant, son implantation est impossible chez les patients pédiatriques. L'objectif du projet est de concevoir un fixateur extramédullaire dont l'implantation n'endommage pas les plaques de croissance des patients en croissance.  Un fixateur extramédullaire en acier inoxydable en forme de plaque osseuse extensible a été conçu afin de pallier le manque d'implants pour ostéogenèse par distraction chez les enfants. Cette plaque est fixée à l'aide de « locking screws », des vis qui maintiennent le dispositif au-dessus de la surface de l'os, préservant ainsi la vascularisation à la surface de l'os et favorisant la régénération. Le fixateur est composé de deux corps télescopiques accouplés, le premier desquels contient un aimant en rotation et une vis sans fin, qui sont responsables de l'extension, et le deuxième qui contient un filet de vis interne compatible avec la vis sans fin. Ces deux corps ont une fixation le long du côté où sont percés trois trous filetés afin de recevoir des « locking screws ». L'aimant est actionné par une manette magnétique externe au patient. Pour chaque rotation de l'aimant, le fixateur subit une extension de 0,025 mm, favorisant ainsi une distraction précise et contrôlée. Afin de tester la force de distraction, un montage expérimental a été conçu pour simuler la force  appliquée sur les segments osseux lorsque le fixateur est installé et en fonction. Le fixateur est fixé à une plate-forme coulissante sur laquelle est placé un poids. Des faux segments osseux ont été fixés à la plate-forme ainsi qu'à la base du montage expérimental, pour que la plate-forme coulisse en unisson avec la distraction une fois le fixateur vissé aux segments osseux. Plusieurs distractions complètes de 50 mm ont été exécutées, pour des poids variant de 10 à 70 kg avec un intervalle de 10 kg, ainsi qu'un test additionnel à 75 kg. Ces tests ont été effectués sur des segments cylindriques en bois et sur des os synthétiques.  ABSTRACT: Distraction osteogenesis is a technique widely used to treat limb length discrepancies due to congenital deformities, trauma, or infection. A cut is made to the affected bone, which is then incrementally lengthened with a fixation device used to hold both segments and to apply a distraction. For pediatric patients, the only available option is the Ilizarov external fixator, which is known to cause pin tract infections and scarring, as well as having a negative impact on the child's body image and social life. Recently, the introduction of implantable lengthening nails such as the PRECICE has solved these problems for adult patients. The objective of the project was to design an internal extramedullary and externally controlled fixator whose implantation would not damage the child's growth plates. An extramedullary fixator was designed in the form of a stainless steel lengthening bone plate, screwed on the external surface of the bone. This device makes use of locking screws, which hold the device slightly above the bone surface, preserving the vascularization envelope on the surface of the bone and promoting faster bone regeneration. It is composed of two telescopic halves, the first containing a rotating magnet and a leadscrew, which drive the lengthening mechanism, and the other containing an internal thread compatible with the leadscrew's threads. Each half features a flange running alongside the length of its exterior shell, onto which three screw holes are evenly distributed on each side. This magnet can be activated from outside the patient's limb with a magnetic controller. For every rotation completed by the controller, it is calculated that the device extends 0.025 mm, resulting in a precise and controlled lengthening procedure. To validate the lengthening plate's distraction mechanism, an experimental bench was designed to simulate a load applied on the bone segments while the fixator is installed. To do so, the fixator was attached to a vertically sliding wooden platform onto which weights were stacked. Mock bone segments were attached to the base and the platform, so that the weights would move in unison with the distraction. A series of full 50 mm distractions were performed on the experimental bench, with weights ranging from 10 kg to 70 kg in 10 kg increments, as well as a final test at 75 kg. Also, to measure possible changes in the device's distraction speed, measurements of the gap were taken every five minutes during the lengthening until the full 50 mm distraction was reached. These tests were performed on wooden bone segments and synthetic bones.


identifier: Keutchayan, J. (2018). Approximation d'espérances conditionnelles guidée par le problème en optimisation stochastique multi-étapes  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Dans cette thèse, nous considérons d'une façon générale la résolution de problèmes d'optimisation stochastique multi-étapes. Ces derniers apparaissent dans de nombreux domaines d'application tels que la finance, l'énergie, la logistique, le transport, la santé, etc. Ils sont généralement insolubles de façon exacte car ils contiennent des espérances mathématiques qui ne peuvent pas être calculées analytiquement. Il est donc nécessaire de considérer pour cela des méthodes numériques. Nous nous intéressons particulièrement aux méthodes de génération d'arbres de scénarios. Ceux-ci remplacent le processus stochastique sous-jacent au problème afin de ramener ce dernier à une taille raisonnable permettant sa résolution pratique. Numériquement, cela permet de remplacer les opérateurs d'espérance qui apparaissent dans la formulation originale du problème (et qui tiennent compte de toutes les scénarios possibles en les pondérant avec une certaine densité de probabilité), par des sommes finies qui, pour leur part, ne prennent en compte qu'un sous-ensemble de scénarios seulement. Cette approximation permet ensuite à un ordinateur de résoudre le problème discrétisé à l'aide de solveurs classiques d'optimisation. L'arbre de scénarios doit satisfaire un compromis entre la qualité d'approximation, qui voudrait que l'arbre soit le plus grand possible, et la complexité de résolution du problème discrétisé qui, à l'inverse, voudrait qu'il soit le plus petit possible. Alors que ce compromis est relativement facile à satisfaire pour les problèmes à deux étapes, il l'est beaucoup moins pour les problèmes multi-étapes (c.-à-d. à partir de trois étapes). Ceci est dû à la nécessité de considérer des structures d'arbres dont la taille (le nombre de noeuds) croît exponentiellement avec le nombre d'étapes. Dans ce contexte multi-étapes, la recherche d'un compromis satisfaisant entre qualité et complexité a mené la communauté d'optimisation stochastique à développer de nombreuses approches de génération d'arbres de scénarios basées sur des justifications théoriques ou pratiques différentes. Ces justifications portent essentiellement sur la qualité d'approximation du processus stochastique par l'arbre de scénarios. Pour cette raison, ces approches sont dites guidées par la distribution, étant donné qu'elles souhaitent reproduire le mieux possible –suivant leur propre critère de qualité– la distribution du processus stochastique (ou certaines propriétés de celle-ci). Prendre en compte la distribution permet sous certaines conditions assez faibles d'assurer la consistance de la méthode de résolution. Pour cette raison, ces méthodes sont utilisées avec succès dans de nombreux problèmes. Cependant, cette stratégie ne permet pas de tirer profit de la structure même du problème d'optimisation, par exemple la variabilité de sa fonction objectif ou l'influence de ses contraintes, qui joue aussi un rôle important dans la qualité d'approximation. La prise en compte de ces caractéristiques permettrait de construire des arbres de scénarios plus adaptés aux problèmes et ainsi de satisfaire un meilleur compromis entre qualité et complexité. En pratique, cela permettrait de pouvoir résoudre des problèmes avec un plus grand nombre d'étapes.  ABSTRACT: In this thesis, we consider solution methods for general multistage stochastic optimization problems. Such problems arise in many fields of application, including finance, energy, logistic, transportation, health care, etc. They generally do not have closed-form solutions since they feature mathematical expectations, which cannot be computed exactly in most applications. For this reason, it is necessary to consider solutions through numerical methods. One of them, which is the focus of this thesis, is the scenario-tree generation approach. Its aim is to substitute the underlying stochastic process with a finite subset of scenarios so as to replace the conditional expectations with their finite sum estimators. This reduces the size of the problem, which is then solved using some generic optimization solvers. The generation of scenario trees is subject to a trade-off between the approximation accuracy and the complexity of the resulting discretized problem. The former tends to increase the number of scenarios, whereas the latter tends to decrease it. This trade-off turns out to be fairly easy to satisfy when dealing with two-stage problems. However, it becomes much more difficult when problems are multistage, that is, when they have 3 stages of more. This stems from the fact that multistage problems require specific tree structures whose size (the number of nodes) grow exponentially as the number of stages increases. For this reason, a lot of attention has been drawn on generating scenario trees in the multistage setting. Many methods have been developed based on different theoretical or practical grounds. Most of them can be described as distribution-driven, as they aim at approximating the distribution of the stochastic process (or some features of it), according to their own idea of what a good approximation is. The distribution-driven strategy allows to have consistent scenario-tree estimators under some weak conditions. For this reason, these methods have been successfully applied to many problems. However, it does not allow to capitalize on some specific features of the multistage problem (e.g., the variability of its revenue function or the influence of its constraints), although they play an important role in the scenario-tree approximation quality as well. Taking them into account would lead to more suitable scenario trees that may satisfy a better trade-off between accuracy and complexity. This, in turn, may allow to consider problems with more stages. In this thesis, we introduce a new problem-driven scenario-tree generation approach. It takes into account the whole structure of the optimization problem through its stochastic process, revenue (or cost) function and sets of constraints. This approach is developed in a general setting of multistage problems, hence it is not tied to a particular application or field of applications. The conditions that are introduced along the lines of this thesis about the revenue function, constraints, or probability distribution essentially aims at making sure that the problems is mathematically well-defined.


identifier: Souza Barachati, F. (2018). Optical Nonlinearities in the Strong Light-Matter Coupling Regime  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Dans le régime linéaire, deux faisceaux lumineux se traversent sans être perturbés. Cependant, en présence de non-linéarités optiques, de nombreux effets technologiquement intéressants peuvent être observés, tels que la génération de nouvelles fréquences optiques et le contrôle d'un faisceau par un autre. En raison des faibles non-linéarités présentes dans les cristaux optiques, des puissances optiques élevées sont généralement requises pour observer de tels effets non linéaires. Dans certaines applications, telles que la génération de lumière cohérente, le fonctionnement à haute puissance n'est pas problématique. En fait, les techniques de mélange de fréquences et de génération d'harmoniques sont amplement utilisées dans les sources lumineuses commerciales avec des longueurs d'onde d'émission allant de l'ultraviolet profond aux régions infrarouges lointaines du spectre. Il existe toutefois de nombreuses applications en développement dans lesquelles le fonctionnement à faible consommation est essentiel. Dans le domaine du calcul optique, par exemple, des transistors optiques fonctionnant avec des centaines de photons seulement sont nécessaires pour permettre la fabrication de processeurs optiques plus rapides et plus efficaces que les processeurs électroniques. De tels systèmes bénéficieraient également d'une conversion de fréquence à basse puissance afin d'interfacer les signaux optiques de différentes fréquences sur le même circuit photonique. Pour que le fonctionnement à faible puissance devienne possible, de très grandes non-linéarités optiques sont nécessaires. Un système dans lequel les non-linéarités optiques sont si fortes que l'arrivée d'un seul photon peut bloquer la transmission d'un autre est celui d'un seul émetteur quantique placé dans une cavité optique de haute qualité. Les principaux inconvénients de tels systèmes sont leur complexité technologique, leur faible évolutivité et leur fonctionnement à des températures cryogéniques. Dans cette thèse, nous étudions une approche alternative pour améliorer les non-linéarités optiques dans laquelle une collection d'émetteurs est amenée à interagir fortement avec la lumière, créant des quasiparticules lumière-matière appelées exciton-polaritons. Par rapport aux systèmes basés sur des émetteurs uniques, notre approche est plus simple et compatible avec le fonctionnement à température ambiante.  ABSTRACT: In the linear regime, two light beams will go through one another unperturbed. However, in the presence of optical nonlinearities, many technologically interesting effects can be observed, such as the generation of new optical frequencies and the control of one beam by another. Due to the small nonlinearities found in optical crystals, high optical powers are typically required to observe such nonlinear effects. In some applications, such as in coherent light generation, high power operation is not problematic. In fact, frequency mixing and harmonic generation techniques are extensively used in commercial light sources with emission wavelengths ranging from the deep ultraviolet to the far infrared regions of the spectrum. There are, however, many developing applications in which low power operation is critical. In the field of optical computation, for instance, optical transistors operating with only hundreds of photons are required to enable the fabrication of optical processors that are faster and more efficient than electronic ones. Such systems would also benefit from low power frequency conversion in order to interface optical signals of different frequencies to the same photonic circuit. For low power operation to become feasible, very large optical nonlinearities are required. One system in which optical nonlinearities are so strong that the arrival of a single photon can block the transmission of another is that of a single quantum emitter placed inside a high quality optical cavity. The main drawbacks of such a system are their technological complexity, low scalability and operation at cryogenic temperatures. In this thesis, we study an alternative approach to enhancing optical nonlinearities, in which a collection of emitters is made to interact strongly with light, creating mixed light-matter quasiparticles called exciton-polaritons. Compared to systems based on single emitters, our approach is of simpler implementation and is compatible with room-temperature operation. Under resonant excitation, polaritons interact strongly through their excitonic component and have allowed for the demonstration of a number of nonlinear effects at room temperature. After reviewing the main properties of exciton polaritons, we investigate different ways in which polariton nonlinearities can be used for frequency mixing and harmonic generation, as well as for implementing novel nonlinear devices based on interacting polariton fluids. In the first case, we consider systems in which the excitonic material embedded in a planar microcavity has a large second- or third-order optical nonlinearity.


identifier: Brown, S. (2018). Development of a Durable Thin-on-Thick Icephobic Coating System for Aerospace Applications  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La formation de glace sur les composants des aéronefs est un problème majeur dans l'aviation depuis ses débuts et continue de nuire à ce secteur aujourd'hui. La cause principale de la formation de glace est les gouttelettes en surfusion qui se trouvent suspendues dans les nuages. La basse température de l'air à haute altitude et l'absence de sites de nucléation dans les nuages permettent aux gouttelettes d'eau de se refroidir jusqu'à -40 C sans jamais geler. Ces gouttelettes sont dans un état très instable et vont se geler presque instantanément à la surface d'un avion qui vole dans ce type de nuage. Le givrage des avions diminue la portance tout en augmentant le poids, la traînée et la consommation de carburant. Cela peut également faire en sorte de geler les pièces mobiles ensemble ou de bloquer les entrées d'air, provoquant des pannes mécaniques et même des accidents. Bien qu'il existe des solutions actives de prévention et d'élimination de la glace, celles-ci ajoutent du poids et de la complexité à l'aéronef, et ne sont pas compatibles avec tous les composants. Pour cette raison, une solution passive est souhaitable. De nombreuses stratégies ont été proposées pour développer des surfaces antigel, et parmi celles-ci, l'utilisation de surfaces superhydrophobes est l'une des plus prometteuses. Les surfaces superhydrophobes sont extrêmement hydrofuges, permettant à l'eau de rouler sur leur surface comme une bille sur du bois. Il a été démontré qu'ils retardent la formation de glace sur les surfaces et réduisent l'adhérence de la glace formée. Le principal obstacle à l'utilisation des surfaces superhydrophobes est leur faible durabilité. Le but de ce travail est de développer un revêtement durable qui démontre de la glaciophobicité à travers de la superhydrophobicité. Ceci est réalisé en utilisant un système de revêtement « mince-sur-épais » qui consiste en un revêtement épais de TiO2 ( 50 um) déposé par projection plasma en suspension, et une superposition de couches minces déposées par dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma. Il a été démontré dans des travaux antérieurs que le revêtement de TiO2 par projection plasma en suspension présentait une rugosité hiérarchique et qu'il était superhydrophobe lorsqu'il était recouvert d'une couche de finition hydrophobe. La superposition de couches minces est constituée de trois couches: une couche inférieure en SiNx de 150 nm, pour une adhérence améliorée, une couche intermédiaire DLC: SiOx à 250 nm à dureté et mouillabilité réglables, et une couche de finition de 100 nm d'hexaméthyldisiloxane polymérisée au plasma qui est souple, mais très hydrophobe.  ABSTRACT: The formation of ice on aircraft components has been a major issue in aviation since its beginning, and continues to plague the industry today. A leading cause of ice formation is supercooled droplets suspended in clouds. The low air temperature at high altitudes and lack of nucleation sites in clouds means that water droplets can cool to as low as -40 C without ever freezing. These droplets are in a very unstable state and will freeze almost instantly to the surface of an aircraft as it flies through an icing cloud. Icing on aircraft decreases lift, while increasing weight, drag, and fuel consumption. It can also freeze moving parts together or freeze over air intakes, resulting in mechanical failures and even crashes. While active solutions for ice prevention and removal do exist, these add weight and complexity to the aircraft, and are not compatible with all components. For this reason, a passive solution is desirable. Many different strategies have been proposed for developing anti-icing surfaces, and of these, the use of superhydrophobic surfaces is among the most promising. Superhydrophobic surfaces are highly water-repellent, allowing water to roll across their surface like a marble on wood. They have been shown to delay the formation of ice on surfaces, as well as decreasing the adhesion of ice which is formed. Their main barrier to usage is their low durability. The aim of this work is to develop a durable coating which exhibits icephobicity via superhydrophobicity. This is achieved by using a thin-on-thick coating system which consists of a thick (50 um) TiO2 coating deposited by suspension plasma spray, and a thin coating stack deposited by plasma-enhanced chemical vapor deposition. The suspension plasma spray TiO2 coating has been shown in previous works to exhibit hierarchical roughness and is superhydrophobic when coated with a hydrophobic topcoat. The thin stack is newly developed, and consists of three layers: a 150 nm SiNx bottom layer for improved adhesion, a 250 nm DLC:SiOx middle layer with tunable hardness and wettability, and a soft but highly hydrophobic 100 nm plasma polymerized hexamethyldisiloxane topcoat. Development of this coating stack is explored in detail, while the icephobicity of the full coating system is shown through ice adhesion tests, and a superior durability compared to other superhydrophobic surfaces is shown through rain erosion tests and icing/deicing cycles in an icing wind tunnel.


identifier: Jeandupeux, E. (2018). Utilisation de l'acide poly (propyl acrylique) pour augmenter l'efficacité in vitro des nanoparticules à base de chitosane et ARN messager  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'ARNm a un fort potentiel en thérapie génique pour des applications de vaccination contre le cancer, le remplacement de protéine défectueuse, l'édition du génome et la reprogrammation de cellules souches. Néanmoins, la livraison de l'ARNm représente un défi scientifique et technologique de taille, car elle est limitée par plusieurs barrières telles qu'une dégradation rapide dans le plasma, la difficulté à pénétrer dans la cellule et une séquestration/dégradation au niveau des endosomes. Cette barrière endosomale demeure à ce jour l'une des plus difficiles à franchir. Pour surmonter certains de ces obstacles, plusieurs véhicules de livraison ont été développés à base de virus, lipides, polymères. Le chitosane (CS), un polymère naturel cationique, peut lier et condenser les acides nucléiques pour former des nanoparticules, ce qui les protège et augmente leur internalisation cellulaire. Toutefois, la capacité des nanoparticules à base de CS à surmonter la séquestration endosomale demeure limitée et pourrait être augmentée par l'utilisation d'agents endosomolytiques. L'objectif principal de ce projet était d'incorporer l'acide poly(propyle acrylique)(PPAA), un agent endosomolytique, à des nanoparticules de CS/ARNm dans le but d'accroître leur efficacité. Le PPAA a été incorporé à différentes concentrations dans des nanoparticules binaires de CS/ARNm. Les propriétés physico-chimiques (taille, PdI, potentiel-zeta, pH) et l'efficacité de transfection in vitro des nouvelles formulations ternaires (CS/ARNm/PPAA) ont été caractérisées. De plus, ces formulations ont été formées avec/sans tampon et en présence/absence de tréhalose, une molécule utilisée pour la lyophilisation des nanoparticules. En présence de tréhalose et tampon, le PPAA était principalement incorporé dans les nanoparticules qui avaient une taille d'environ 170 nm et une charge de surface de 12 mV. Une augmentation de l'efficacité de transfection (~10 fois) fut observée pour une concentration intermédiaire de PPAA en présence de tampon et tréhalose. Par la suite, l'efficacité a été augmentée davantage en retirant le tréhalose et en augmentant la concentration de mélange de l'ARNm. Cette nouvelle formulation a atteint une efficacité comparable à ~86% du contrôle lipidique LipofectamineTM et ce sans aucun signe de toxicité. Ces résultats suggèrent que la présence de PPAA dans les nanoparticules favorise leur libération de l'endosome et/ou diminue leur stabilité. Néanmoins, des études de trafic intracellulaire et compétition devront être effectuées afin de confirmer ces hypothèses.  ABSTRACT: Messenger mRNA is a molecule that has a strong potential in gene therapy for a wide variety of therapeutic applications such as vaccination against infectious disease or cancer, protein replacement, genome editing and stem cells reprogrammation. However, delivery of mRNA remains a scientific and technological endeavour as it is limited by many hurdles such as a fast degradation in plasma, low internalisation kinetics and a sequestration/degradation within endosomes. This endosomale barrier remains to day one of the hardest to overcome. To overcome some of these hurdles, delivery vehicles made of virus, lipids or polymers are developed worldwide. Chitosan (CS), a natural cationic polymer can bind and condense anionic nucleic acids to spontaneously form nanoparticles. These nanoparticles protect mRNA and help its cellular internalisation. However, the capacity of these nanoparticles to escape from endosomes is limited and could be augmented by adding endosomolytique agents into the nanoparticles. The main objective of this project was to incorporate an endosomolytique agent in CS/mRNA nanoparticle in order to increase their transfection efficiency. Poly(propylacrylic acid)(PPAA), an anionic synthetic polymer was used as endosomolytique agent and added at different concentrations in the binary (CS/mRNA) nanoparticles. These newly formed ternary nanoparticles (CS/mRNA/PPAA) had their physicochemical characteristics (size, PdI, zetapotential, pH) and transfection efficiency analysed. Furthermore, these formulations were made with/without buffer and with/without trehalose, a disaccharide used for lyophilisation of nanoparticles. In presence of buffer and trehalose, PPAA was mostly incorporated in the nanoparticles that had a size of 170 nm and a zeta potential of 12 mV. An augmentation of transfection efficiency (~10-fold) was observed for an intermediate PPAA concentration. This bioactivity was further improved by removing threlaose and increasing the mRNA mixing concentration while forming nanoparticles. This new optimal formulation reached a protein expression levels comparable to ~86% of the lipid control LipofectamineTM 2000 messenger max, without any signs of toxicity. These results suggest that PPAA in nanoparticles favorise their endosomal release and/or decrease their stability. Nevertheless, further studies such as intracellular trafficking and competition should be performed to confirm these hypotheses.


identifier: Ramirez Uribe, A. G. (2018). Design of a Mechatronic System for the Characterization of Polymer Composite Material Properties During Molding Processes  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La fabrication de matériaux composites à la base de polymères est de plus en plus importante dans les industries aérospatiale, automobile et du sport. La principale raison de l'utilisation de ces types de matériaux est la proportion poids / résistance, mais ils peuvent également être conçus pour répondre à des exigences spécifiques en choisissant la résine polymère et le renforcement appropriés. Mais le choix des bons matériaux ne constitue que la première étape de la conception de structures composites, car le processus de fabrication est un défi technique majeur. Les paramètres de traitement optimal génèrent une structure composite dotée d'excellentes propriétés mécaniques et d'une bonne tolérance dimensionnelle. En même temps, le processus doit utiliser un minimum d'énergie et de temps de traitement. D'autre part, un ensemble inadéquat de paramètres du processus peut entraîner une pièce présentant un mauvais état de surface, des distorsions géométriques, des propriétés mécaniques insuffisantes et un temps de production prolongé. Pour améliorer la pièce fabriquée, l'ingénieur a besoin des données détaillées sur l'évolution du matériau dans le moule. La caractérisation nécessite plusieurs dispositifs dans un laboratoire standard. La méthodologie de caractérisation traditionnelle prend du temps et la configuration des expériences est difficile à reproduire. De plus, la taille de l'échantillon change d'un appareil à l'autre. En général, les équipements de laboratoire traditionnels ne peuvent pas caractériser les matériaux composites. Un échantillon représentatif de ce type de matériaux est simplement trop grand et dépasse les capacités de ces dispositifs. Les chercheurs ont tenté à plusieurs reprises de produire une meilleure stratégie de caractérisation. Cependant, pour obtenir un appareil entièrement fonctionnel, plusieurs défis technologiques doivent être résolus. L'objectif principal de ce projet de thèse est de relever ces défis et de trouver des stratégies qui permettront l'intégration de plusieurs équipements de laboratoire de caractérisation dans un seul appareil. Pour atteindre cet objectif, nous étudions les dispositifs de caractérisation proposés dans la littérature et nous en résumons les limites. Pour étayer nos conclusions, nous utilisons une machine de laboratoire capable de reproduire les conditions des cycles de fabrication standards. Nous faisons nous-mêmes l'expérience des défis liés à la fabrication d'un matériau composite. Toutes les informations collectées nous ont permis de trouver les exigences de périphérique souhaitées.  ABSTRACT: The manufacturing of polymeric composite materials is nowadays more and more common in the aerospace, automotive and sports industries. The main reason for the use of these materials is its strength to weight ratio advantages, but beyond that, is that they can be engineered to meet specific requirements by choosing the proper polymer resin and reinforcement. But choosing the right materials is just the initial step in the design of composite structures since the manufacturing process is a major engineering challenge. Optimum processing parameters generate a composite structure with excellent mechanical properties and good dimensional tolerance. At the same time, the process must use a minimum of energy and processing time. On the other hand, an inadequate set of process parameters may result in a part with bad surface finish, geometric distortions, lower mechanical properties and long production time. To improve the manufactured part, the process engineer requires detailed data about the evolution of the material inside the mold. This characterization requires of multiple laboratory characterization devices. Also, the traditional characterization methodology is time consuming and the experiments setup are difficult to reproduce. Moreover, the sample size changes from one device to the other. In general, traditional laboratory equipment cannot characterize composite materials, a representative sample of this material type is just too big and surpasses the capabilities of the traditional characterization devices. Researchers have made several attempts to produce a better characterization strategy. However, to achieve a fully functional device, several technological challenges need to be resolved. The main objective of this PhD project is to find those challenges and find strategies that will allow the integration of multiple characterization laboratory equipment into a single device. To achieve this objective, we study the proposed characterization devices in the literature and abstract those devices limitations. To support our findings, we use a laboratory scale machine capable of reproducing the conditions of regular manufacture cycles. We experience by ourselves the challenges in the manufacturing of polymer matrix composite material. All the collected information allowed us to find the desired device requirements. This thesis developed an integrated mechatronic design methodology to abstract the manufacture challenges into product requirements. The proposed methodology allowed us to understand the relationship between the different design requirements.


identifier: Viallard, A. (2018). Méthodologie pour l'étude de l'évolution des comportements des voyageurs de transport collectif urbain  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Démocratisé depuis déjà plusieurs années les systèmes tarifaires automatisés, relatifs à l'accès aux transports en commun, génèrent des masses de données encore trop peu exploitées. Ces données issues de cartes à puce sont devenues si volumineuses que leur analyse représente un véritable défi pour l'homme, mais également un immense potentiel pour la planification en transport en commun. Ce mémoire s'inscrit dans le cadre de la valorisation de volumétries importantes de données quotidiennes. Ouvrant un projet commun avec des exploitants de transports, il s'agit de s'intéresser à l'analyse de la demande. L'ensemble des méthodes seront développées à partir de trois ans de données de transaction issues de l'utilisation du transport par bus à Gatineau. L'objectif principal de la recherche est de présenter une méthodologie simple et complète, relative à l'étude longitudinale des comportements d'usage des cartes à puces sur long terme en utilisant différentes techniques d'exploration de données. À terme, cette méthode d'analyse fournit des résultats aidant le travail d'un planificateur de réseau. Les sous-objectifs de l'étude sont les suivants : - Développer un algorithme permettant une analyse comportementale des usagers. - Développer un algorithme expérimental améliorant la méthode précédente, afin que l'analyste puisse suivre l'évolution des comportements des usagers à travers le temps. - Proposer une méthode de prévision des évolutions, enrichissant ainsi les connaissances apportées à la planification. Ce mémoire débute par une revue de littérature présentant l'intérêt de l'utilisation des cartes à puces en analyse. Il s'agit de s'intéresser aux diverses études réalisées, notamment dans le cadre d'analyses comportementales. Une partie de la littérature s'intéresse aux techniques d'exploration de données, particulièrement dans le cas de segmentations et de prévisions. La section méthodologie présente les raisonnements répondant aux trois sous-objectifs, et la dernière partie les résultats des diverses expérimentations effectuées sur les données fournies par la STO. Les contributions apportées par ce mémoire sont : - La présentation d'une méthode classique d'analyse comportementale des cartes à puce à partir de leurs utilisations. Un travail de segmentation est effectué sur l'ensemble des déplacements hebdomadaires en transports en commun afin de repérer les similarités entre comportements. - La conception et la critique d'une méthode expérimentale basée sur une segmentation hebdomadaire visant à montrer l'évolution des comportements des cartes à travers le temps. - Différents indicateurs de qualité et de stabilité de segmentation sont proposés afin de comparer les diverses méthodes engagées, et de caractériser la population de cartes étudiée. - Jouant sur une possible évolution comportementale des cartes, une critique sur la fiabilité de l'utilisation de méthodes de prévision est réalisée. Les prévisions sont appliquées sur l'évolution comportementale des groupes ainsi que l'évolution de la taille de leur population. En conclusion, ce projet présente une méthode classique, fonctionnelle et applicable en industrie permettant l'analyse comportementale des usagers. Prenant comme entrée un jeu de données de cartes à puce, la méthode exporte les résultats de segmentation liés à l'utilisation des transports en commun. Par cela, elle définit 6 groupes d'identifiants aux comportements similaires dont les caractéristiques propres permettent l'aide à la décision en planification des transports. Il s'agit de trois groupes dont les déplacements récurrents en semaine ressemblent à ceux de travailleurs à temps plein et à mi-temps. Deux groupes représentent les comportements de déplacements occasionnels et le dernier contient l'ensemble des cartes qui produisent le plus de déplacement. Le tout est réalisé en un temps relativement long : 11 minutes pour la segmentation de 10 millions de déplacements. La méthode expérimentale, quant à elle, se concentre sur l'évolution comportementale possible des cartes. Sans pour autant être parfaite, elle admet un potentiel énorme. En effet, elle permet une analyse des comportements des 6 groupes de cartes en un temps de calcul très court (38 secondes pour une qualité similaire). Il s'agit de groupes dont les caractéristiques sont très proches de ceux issus de la méthode classique, mais le principe incrémental de la segmentation rend possible l'étude de l'évolution comportementale, jugée fixe dans la méthode classique.  ABSTRACT: For several years automated fare systems related to public transport access are generating an, not enough, exploited massive volume of data. These smart card data became so voluminous they represent a challenge for humans and a huge potential to public transport planning too. This work aims to value massive volumes of daily data. Opening a common project with transit services, the analysis is based on studying demand. All methods were developed thanks to the three years of transactions from the usage of Gatineau's bus network. Presenting a simple and a complete methodology to apply a longitudinal analysis on smart card usage behavior using different data mining techniques, represent the main purpose of the research. At the end, the analysis methodology gives the results helping to do the transit planners job. The sub-objectives are the following ones: - Develop an algorithm allowing users' behavior analysis - Develop an improved algorithm (experimental), allowing to follow the users' behavior evolution through time. - Propose an evolution prevision methodology, enhancing transit planning knowledge. This works starts with a literature review presenting smart card data usage in analysis, particularly through different studies done in behavior analysis. The second part of the literature review is about data mining techniques like clustering and forecasting. The methodology section describes the three sub-objectives, and the final section presents the different applications on STO's data. The main achievements of this project are: - The presentation of a classical methodology allowing to analyze smart cards' behavior through their activities. A clustering technique is applied on all weekly usage of public transit to find similarity between behaviors. - The conception and critic of an experimental method based on week-to-week clustering aiming to show the users' behavior evolution through time. - Different quality and stability indicators are proposed to compare the methods applied and to characterize the population. Knowing that users' behavior can evolve, a critic on prevision technique viability is applied. Forecasts methods are used on clusters' behavior evolution and their population size evolution. Finally, this project presents an industrially applicable methodology on transit users' behavior. Taking smart card data as input, the algorithm exports the transit usage clustering results. This way it defines 6 groups of IDs with similar behavior which the proper characteristics help the transit planner to take decisions. There are three groups which the trips patterns look like full time and part-time workers trip patterns. Two of the groups represent occasional trip behavior and the last one holds the cards with the most trips. The computation time is relatively high: 11 minutes for the clustering of 10 million transactions. The experimental method focuses on the possible smart cards' behavior evolution. Without being perfect, it shows a huge potential. Indeed, the method allows a behavior analysis of 6 groups with a shorter computation time (only 38 seconds for a similar quality). These groups present the same characteristics as those from the traditional method, but the way the algorithm works makes the behavior evolution analysis possible in this case.


identifier: Riblet, C. (2018). Évaluation de l'exposition au plomb par l'eau potable par la mise en œuvre de robinets proportionnels  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le plomb est un neurotoxique en particulier pour les jeunes enfants, les femmes enceintes et leur fœtus. En effet, une concentration de plomb dans le sang (plombémie) faible (<5 µg/dL) peut engendrer une baisse de QI et des retards de développement de certaines fonctions neuro-motrices et neurologiques. Le contrôle, voire, l'interdiction du plomb dans une grande majorité de produits (e.g. essence, peinture, boîtes de conserve) a permis de réduire considérablement les niveaux de plombémie. Cependant, tel que démontré par les événements à Washington (DC) en 2001 ou Flint (MI) récemment, l'eau potable demeure une source d'exposition persistante considérant l'héritage d'entrées de service et de soudures en plomb encore présent dans la tuyauterie et la robinetterie alimentant les bâtiments construits avant l'interdiction du plomb. La contribution de l'eau à l'exposition est cependant mal caractérisée.  ABSTRACT: Lead is a neurotoxic especially for young children, pregnant women and their fetus. Low blood lead levels (<5 µg/dL) were related to a drop in IQ, and delayed development of the neuromotor and neurological functions. Controlling, or even, banning lead in several products (gasoline, paint,food cans, etc.) has resulted in blood lead levels reduction in the population. However, as shown by the events in Washington (DC) in 2001 and in Flint (MI) more recently, drinking water remain a source of exposure considering the legacy of lead service lines and lead solders in old distribution systems. The contribution of lead in drinking water to lead exposure is however still quite poorly characterized. It is indeed a challenge to estimate accurately consumers' exposure considering that,for a specific water quality, water lead levels will vary with the temperature, the stagnation time,the location of the lead source(s) in the piping with respect to the tap sampled, flow rate, pipe diameter or even the pipe scale's composition.