identifier: Prakash, A. (2019). RANS Computation of Heat Transfer Over Rough Surfaces  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Un modèle précis de simulation de la résistance au frottement et du transfert de chaleur sur des surfaces rugueuses est une exigence importante dans les domaines de la conception pour plusieurs industries. La résolution des équations RANS est une des méthodes de modélisation les plus réalisables dans le contexte industriel actuel et nécessite l'extension des modèles de turbulence RANS afin d'intégrer l'effet de rugosité. Le présent travail étudie les approches issues de la littérature du modèle de turbulence à faible nombre de Reynolds et à nombre de Reynolds élevé (lois de paroi) pour simuler l'effet de la rugosité. Le transfert de chaleur sur les surfaces lisses est modélisé sur la base de l'hypothèse d'analogie de Reynolds. L'hypothèse n'est pas valable pour les surfaces rugueuses et conduit à une prédiction excessive du nombre de Stanton. L'objectif de ce mémoire est d'intégrer la correction thermique pour surmonter cette hypothèse dans les deux approches et améliorer la prévision du transfert de chaleur sur des surfaces rugueuses. Tout d'abord, différentes extensions de rugosité pour les modèles de turbulence Spalart-Allmaras et k-ω SST sont implémentées dans le solveur RANS interne. La précision et la robustesse numérique de ces extensions sont discutées. La correction thermique par Aupoix est mise en œuvre pour surmonter l'hypothèse de l'analogie de Reynolds et l'amélioration des prévisions de transfert de chaleur est évaluée. La correction conduit à une meilleure cohérence dans la prédiction du coefficient de frottement et du nombre de Stanton. Deuxièmement, les lois de paroi basées sur la loi logarithmique sont appliquées et étendues pour modéliser le flux et le transfert de chaleur sur des surfaces rugueuses. La mise en œuvre de lois de paroi rugueuses est compatible avec l'extension de rugosité du modèle de turbulence à faible nombre de Reynolds. La dépendance des lois de paroi à l'espacement par rapport à la paroi est évaluée pour des surfaces lisses et rugueuses avec une hauteur de rugosité variable. On observe que la loi de paroi ressemble au comportement physique attendu. La formulation actuelle de la loi de paroi donne des résultats supérieurs indépendants de l'espacement près de la paroi pour les surfaces rugueuses par rapport à d'autres formulations de lois de paroi rugueuses. Trois variantes de conditions aux limites approximatives pour le modèle de turbulence k-ω SST sont analysées et il est observé que la cohérence des variables de turbulence conduit à une amélioration des résultats. Le travail montre que l'hypothèse de l'analogie de Reynolds peut être utilisée comme stratégie efficace pour vérifier l'extension de la rugosité des lois de paroi. Trois corrections thermiques sont explorées pour améliorer la prévision du transfert de chaleur sur des surfaces rugueuses. La correction thermique de Aupoix est étendue à l'approche de loi de paroi. L'approche actuelle surmonte quelques restrictions offertes par l'approche de la loi de paroi analytique. Les deux autres corrections reposent uniquement sur une échelle de rugosité c'est-à-dire une rugosité équivalente avec grains de sable, qui n'est pas adéquate pour modéliser avec précision le frottement et le transfert de chaleur. Ceci est exploré en considérant un cas avec deux types de rugosité différents produisant le même coefficient de frottement mais avec des nombres de Stanton différents. Il est observé que la correction Aupoix nécessite un paramètre physique supplémentaire en entrée et capture plus précisément la physique du transfert de chaleur. Cependant, la nécessité de paramètres physiques supplémentaires pourrait poser des problèmes de modélisation lorsque les données expérimentales sur la distribution de la rugosité ne sont pas disponibles. Les deux autres corrections ont montré un bon accord avec plusieurs cas expérimentaux et ont pu être utilisées en l'absence de données de géométrie de rugosité. La discussion se termine en mentionnant les nombreuses limitations et difficultés numériques rencontrées lors de la modélisation de l'écoulement sur des surfaces rugueuses. Les futures orientations pour faire avancer les frontières de la recherche sont finalement proposées.  ABSTRACT: An accurate model for simulating friction drag and heat transfer over rough surfaces is a major requirement in the design and development domain of several industries. Computational modeling via RANS equations is the most computationally feasible in today's industrial scenario and requires the extension of RANS turbulence models to incorporate the effect of roughness. The present work discusses both the low-Reynolds and high-Reynolds number (Wall function) turbulence model approaches to simulate the effect of roughness. Heat transfer over smooth surfaces is modeled based on the Reynolds analogy assumption. The assumption does not hold over rough surfaces and leads to an overprediction of Stanton number. The objective of this thesis is to incorporate the thermal correction overcoming the assumption in both approaches and improve the heat transfer prediction over rough surfaces. Firstly, different roughness extensions proposed in the literature for the Spalart-Allmaras and k-ω SST turbulence models are implemented in an in-house RANS solver. The accuracy and numerical robustness of these extensions are discussed. The thermal correction by Aupoix is implemented to overcome the assumption of Reynolds analogy and the improvement in predictions of heat transfer is assessed. The correction leads to consistency in the prediction of the skin-friction coefficient and Stanton number. Secondly, the log-law based wall functions are implemented and extended to model flow and heat transfer over rough walls.  The implementation of rough wall functions is consistent with the low-Reynolds number turbulence model roughness extension. The near-wall spacing dependence characteristics of wall functions are assessed for smooth and rough walls with varying roughness heights. It is observed that the wall functions resemble the expected physical behavior. The present wall function formulation gives superior near-wall spacing independent results for rough walls compared to other rough wall function formulations. Three variants of rough boundary conditions for the k-ω SST turbulence model are analyzed, and it is observed that the consistency of turbulence variables leads to improved results. The work shows that the Reynolds analogy assumption can be used as an effective strategy to verify the roughness extension of wall functions. Three thermal corrections are explored to improve the heat transfer prediction over rough surfaces. The Aupoix thermal correction is extended to the wall function approach. The present approach overcomes a few restrictions offered by the Analytical Wall Function (AWF) approach. The other two corrections rely only on one roughness scale (equivalent sand-grain roughness) which is not adequate for accurate modeling of both friction drag and heat transfer. This is explored by considering a case with two different roughness types resulting in same skin-friction coefficients but different Stanton numbers. It is observed that the Aupoix correction requires an additional physical parameter as input and captures the physics of heat transfer more accurately. However, the requirement of additional physical parameters could pose modeling constraints when the experimental roughness distribution data is not available. The other two corrections showed good agreement with several other experimental cases and could be used in the absence of roughness geometry data. The discussion concludes by mentioning the several limitations and numerical difficulties experienced while modeling flows over rough surfaces. Future directions to advance the research frontiers are proposed.


identifier: Hannothiaux, V. (2019). Predicting Bus End-Trip Delays Using Different Machine Learning Algorithms to Model Planning Effectiveness  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

type:
Mémoire ou thèse
NonPeerReviewed

abstract: RÉSUMÉ: Le transport public existe presque partout dans le monde. Cela permet à toutes les personnes le désirant de se déplacer d'un endroit à un autre d'une ville de façon économique et écologique. De plus, de plus en plus de données sont disponibles de nos jours grâce aux systèmes embarqués à l'intérieur des véhicules. Ces données pourraient être utilisées dans une optique de prévision des retards, qui permettraient par la suite de les anticiper. Ainsi la fiabilité des horaires serait améliorée et plus de gens seraient susceptibles d'employer ce mode de transport. Des travaux ont été réalisés afin de prédire les retards en utilisant différentes données, cependant aucune d'elle ne l'a fait dans l'idée d'intégrer ces prévisions dans les procédures de création de planification de trajet. Au cours de ce mémoire, divers modèles de prédiction de retard pour les fins de trajet sont essayés. Il ne s'agit pas de prédire le retard exact, mais de classifier les retards des fins de trajet. Afin d'être utile aux planificateurs d'horaires, ces modèles n'utilisent que des données qui peuvent se trouver en amont de la planification. Les données exploitées pour les modèles sont des observations historiques de la ville de Montréal. Deux problèmes de classification sont abordés au cours de ce mémoire. Le premier est un modèle de classification binaire qui prédit si un bus va finir son trajet en retard ou à l'heure. Le second est un modèle qui prévoit dans quel créneau de retard le bus va finir son trajet. Pour chacun des problèmes, trois algorithmes de machine learning pour l'estimation des retards sont testés : réseau de neurones, forêt aléatoire et arbre stimulé par gradient. De plus, une régression logistique est également testée afin de comparer les résultats par rapport à une méthode plus standard. Les modèles sont optimisés selon différentes méthodes et sont comparés en terme de précision et de temps d'entraînement. Les modèles sont par la suite entraînés sur une période et testés sur d'autres afin d'étudier la possibilité d'intégrer ces modèles dans le processus de création de lignes. Par la suite, les prédictions sont utilisées afin de créer des distributions de probabilité pour les différents crénaux de retard pour les fins de trajet des bus. Les différents algorithmes sont testés afin de distinguer ceux qui reproduisent au mieux la réalité. Le projet conclut sur la possibilité d'utiliser les données de planning pour prédire le retard des fins de trajet des bus. Une classification sur plusieurs classes peut être améliorée en intégrant de l'apprentissage non supervisée afin de déterminer les classes de retard. Il est également possible d'entraîner un modèle sur des périodes passées afin de prédire sur de futures périodes, mais cette méthode doit être encore améliorée.  ABSTRACT: Public transportation services are provided in almost all the cities of the world. They allow people to move through the cities in an economical and eco-friendly way. The buses are one of the possible solutions for public transportation. Moreover buses are interesting to study because more data are available from onboard systems and can be used to optimize service quality. Indeed, preventing delays could improve service reliability and thus make people more likely to use public transport instead of their cars, which are currently more comfortable and more reliable. The first step in this process would be to forecast the delays. A lot of factors are linked to delays: peak-hour traÿc, weather or accidents, etc. Some studies were conducted to predict end trips delay using real-time input which does not allow improvement to schedule reliability because these data are not available during planning. This research focuses on modeling end-trip arrival time for each bus trip based only on o˜ine input available to public transport planner. The models do not intend to predict the exact delays, but rather to classify them. The delays used to train and test the models are historical observations from the city of Montreal in autumn 2017. Two di˙erent classification problems were treated. The first one estimates the probability for a trip to end on-time or late. The second one estimates the slot of delay. For each problem, three di˙erent machine learning models were built and optimized: random forest, gradient boosted tree and artificial neural network. Also, logistic regression was tested in order to compare the results. Several optimization methods were tried. The models are compared in term of accuracy, recall, f1 score and training time. The data from another period (autumn 2016) were then added to the database, and the model tested on the aggregated database. The model accuracy remained constant after the addition of the new period. The models were then fit on a single period (autumn 2016) and tested on the other one (autumn 2017) in order to check the possibility to use the model to forecast future schedules. The prediction is then used to generate a probability distribution for the di˙erent trips to end late to assess service reliability. The probability distributions are then compared with reality by comparing the distance between them and the frequencies of delays for the di˙erent trips. Normal distribution was also tested and obtained better results than the machine learning models. The project concluded that it is possible to model end trip delays using o˜ine data. Multi-label classification can be improved by using unsupervised learning to determine classes.


identifier: Hafezian, S. (2019). Growth Control and Study of Ultrathin Silver Films for Energy-Saving Coatings  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les couches minces fonctionnelles jouent un rôle prépondérant dans la plupart des secteurs industriels actuels. Ils peuvent aussi bien être une partie intégrante d'un dispositif (cellule solaire, diode électroluminescente, photodétecteur, Laser, capteur thermosolaire, cellule thermoélectrique et bien d'autres), ou bien y amener de nouvelles fonctionnalités (revêtements résistants à la corrosion, l'usure et l'érosion, revêtement antireflet). La montée rapide de cette science est à l'origine d'un développement tout aussi rapide des techniques de dépôt et de synthèse de couches minces. Aujourd'hui, la croissance d'une couche mince avec une précision au nanomètre peut être effectuée par un simple couchage à lame au sein d'un laboratoire de recherche aussi bien que par des techniques d'évaporation dans des chambres à vide industrielles à grande échelle. La facilité d'accès aux techniques de dépôt ainsi que l'envergure des applications scientifiques et technologiques font des couches minces une solution potentielle pour beaucoup d'enjeux technologiques et de sociétés. Certainement, un des plus grands enjeux actuels est le problème de la consommation énergétique à travers le monde et qui peut seulement qu'empirer si aucune solution convenable n'est adoptée. Une approche afin de contrer cette consommation énergétique est de modifier les vitrages architecturaux dans les bâtiments commerciaux et résidentiels en revêtant une fenêtre avec une couche réfléchissante la chaleur afin de réduire de façon drastique les charges de chauffages et de refroidissement. Le recouvrement des fenêtres par de fines couches optiques se fait par des chambres de dépôts montées en ligne, souvent jumelées avec la production du verre flotté. Bien que le maintien et l'installation de ces systèmes de dépôt est d'un grand intérêt et pose de nombreux défis, le travail de recherche présenté dans cette thèse se penche sur le mécanisme de croissance des couches minces d'argent déposé en phase vapeur par assistance plasma pour les filtres à basse émissivité. Le projet est mené en collaboration avec Guardian Industries dans le cadre des vitrages à économies d'énergie. Les couches minces d'argent possèdent des propriétés physiques changeantes dépendamment de leur mécanisme de croissance ainsi que de leur épaisseur. Elles ont tendance à croître en îlots en dessous d'une épaisseur critique et convergent vers une couche réfléchissante la radiation infrarouges. Cette épaisseur critique se nomme le seuil de percolation et dépend fortement de la couche sous-jacente.  ABSTRACT: Functional thin films play a key role in almost all industries today. They can either form an integral part of a device (as heat-reflectors, solar cells, light-emitting diodes, photodetectors, lasers, thermal collectors, thermoelectric cells and many more) or bring additional coating functionalities (such as corrosion, wear and erosion resistance and antireflective coating). The rapid development of thin film science has led to the equally fast growth of thin film deposition techniques. The coating of a surface with precisions in the nanometers can be conducted by simple blade coating in a laboratory setting or large-scale vacuum chambers in heavy industrial environments. Moreover, the rapid rise of thin film science can also be attributed to progresses in characterization techniques. The accessibility of thin film deposition techniques and their wide-ranging scientific and technological applications make thin film science appear as an attractive answer to many industrial and societal challenges. Probably the greatest of these challenges is the energy consumption problem present in large parts of the world and which can only amplify in time if no suitable solutions are adopted. One approach to decrease this energy consumption is to alter glazing units in commercial and residential buildings by coating one side of the window pane with a heat-reflecting layer in order to drastically reduce heating and cooling loads. These glass panes are manufactured by large, in-line vacuum coaters that can be found on the glass production site. Even though the configuration and maintenance of such systems is of great interest and brings important challenges, the research work conducted throughout this thesis is focused in the growth mechanism of very thin silver films inside a low-emissivity stack deposited by plasma-assisted physical vapour deposition, with collaboration with Guardian Industries in the context of energy-saving glazing. Silver thin films have unique varying physical properties attributed to their distinct growth mechanism. They tend to progressively grow as light-absorbing agglomerated clusters below a certain thickness to infrared heat-reflective, continuous films. The main challenge in the context of silver film growth is the inability to obtain heat-reflecting properties below a certain thickness. This thickness is determined by the surface properties of the underlying layer, limiting the possible options available for silver film coating.


identifier: Fröhlicher, K. (2019). Mise en oeuvre d'un calcul du coeur BEAVRS en transport 3D cellule par cellule avec le code déterministe APOLLO3  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: En physique des réacteurs nucléaires, on effectue généralement les calculs neutroniques en deux étapes. Premièrement, un calcul à l'échelle dite réseau est effectué sur un motif d'assemblage de combustible (souvent tronqué suivant ses symétries) en réseau infini. Les sections efficaces macroscopiques issues de ce calcul sont alors utilisées pour caractériser les propriétés des matériaux définis lors de la deuxième étape de calcul : le calcul coeur. Ce dernier étant effectué sur une géométrie 3D finie. Historiquement, le calcul réseau est effectué en théorie du transport et le calcul coeur en théorie de la diffusion. Les avancées technologiques concernant la puissance de calcul des ordinateurs permettent désormais de considérer le calcul coeur en théorie du transport. Dans le cadre du développement de sa nouvelle plateforme de calcul déterministe APOLLO3, le Commissariat à l'Énergie Atomique et aux énergies alternatives (CEA) effectue la validation des performances du code à travers l'élaboration de nouveaux schémas de calcul appliqués aux RNR-Na et REL. Le calcul 3D par la méthode des ordonnées discrètes mis en place lors de ce projet est appliqué au benchmark BEAVRS publié par le MIT en 2013. Ce mémoire a pour but de présenter les travaux de validation effectués en configuration «Hot Zero Power» (HZP). Concernant les options retenues pour le calcul réseau, le maillage énergétique REL383 (383 groupes en énergie) est choisi, pour une utilisation de la méthode des sous-groupes d'ECCO pour l'autoprotection des résonances. Un calcul en transport à 20 groupes en énergie a été effectué pour le calcul du coeur complet. Concernant la validation des calculs réseau, l'utilisation de la méthode de Tone pour l'autoprotection des résonances dans le domaine énergétique rapide permet une diminution du coût de calcul sans changement notable des taux de capture et de fission. L'autoprotection en mélange de certains isotopes (235U et 238U, 107Ag et 109Ag) permet une meilleure modélisation des taux de capture de ces isotopes. Ce mémoire présente la validation à temps initial en configuration Hot Zero Power (HZP) du schéma de calcul (ensemble des solveurs, options de calcul et modélisations du système étudié). La validation a été établie à l'échelle réseau à l'aide de comparaisons avec les résultats issus de calculs de type Monte-Carlo produits avec le code de calcul stochastique TRIPOLI4 aussi développé au CEA. Les résultats du calcul coeur quant à eux sont directement comparés aux données expérimentales fournies dans BEAVRS. Un maximum de 5% d'écart sur les cartes radiales de réponses des détecteurs entre les calculs et les spécifications de BEAVRS est observé.  ABSTRACT: The nuclear reactor physics package code APOLLO3 is presently being developped by the Commissariat à l'Énergie Atomique et aux énergies alternatives (CEA) in France. Its aim is to replace current tools used in the neutronic studies of thermal and fast neutrons reactors. With the increase in computational power in recent years, deterministic methods that used to be too costly for traditional reactor simulations can now be investigated. The Physical Studies Laboratory (Laboratoire d'Études de Physique – LEPh) participates in the validation and certification project of APOLLO3 by testing the code capabilities and developing new calculation sequence. This thesis focuses on a new reference calculation sequence for Pressurized Water Reactors (PWR). Said sequence is based on the long-established two-level type of alculation. First, at the lattice scale, we use the REL383 energy mesh and the Method Of Characteristics (MOC) to compute the flux. Then, the core modeling is carried out using a discrete-ordinate solver with twenty energy groups. The purpose of using a transport equation solver for the core step (instead of the traditional diffusion equation solver) is to validate the whole sequence of APOLLO3's capacity to operate a fine flux calculation on the whole reactor. In order to verify the accuracy of the results, a Monte Carlo code, TRIPOLI4, is used as the reference. We also wanted to compare the performance of APOLLO3 to an experimental case, which is why the whole sequence is applied to the BEAVRS benchmark published by MIT in 2013. This benchmark offers sets of detector data and physical test results for two complete cycles, including the first cycle of operation, for an industrial PWR. We limit our investigation to Hot Zero Power (HZP) fresh fuel configurations. Different self-shielding configurations are first compared. The main self-shielding step is eventually implemented with the subgroup method from the ECCO code and shows good accuracy with respect to Monte Carlo results. Then it is shown that using the Tone method in the high energy domain allows for a speed gain of up to 40% of the global calculation time on the lattice level – while retaining similar results. Finally, a simulation of a quarter core leads to a maximum discrepancy of 5% on the radial map of detector responses provided in the BEAVRS specifications.


identifier: Bled, A. (2019). Le retour d'expérience par l'intermédiaire des concepts de l'Industrie 4.0 en gestion de projets  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'industrie 4.0 et les concepts qui s'y rattachent constituent des opportunités d'amélioration pour nombre de processus organisationnels. Dans le secteur de la construction, cette quatrième révolution industrielle n'est pas encore totalement amorcée. Le processus de Retour d'EXpérience (REX) représente un défi pour les industriels de la construction, car il vise à capitaliser sur les projets passés pour améliorer les pratiques. L'industrie 4.0 pourrait être une réponse à ce besoin d'amélioration du REX. D'après la revue de littérature sur la question des retours d'expérience en général, soit de la transmission de leçons apprises dans un contexte de projet et notamment dans le secteur de la construction, les méthodes actuelles ne formulent que des solutions générales pas adaptées spécifiquement pour une entreprise. Ainsi dans ce mémoire, l'analyse débute par les besoins issus d'entretiens semi-structurés chez notre partenaire, une entreprise de gérance de construction, et en analysant leurs processus de gestion de projets. L'objectif est de construire une méthodologie de construction de leurs retours d'expérience à partir des solutions issues de la Construction 4.0. L'approche classique sur le REX est donc abordée au regard des besoins et de l'objectif que le partenaire veut donner à son processus de REX. Une méthodologie permettant de transposer les données informelles en un nombre fini de données formelles est proposée pour permettre par la suite un alignement entre les besoins exprimés de REX et des outils 4.0. Cette première méthode permet de standardiser les données nécessaires et de les rendre exploitables par des technologies du 4.0. Un modèle d'alignement des besoins organisationnels avec le 4.0 est donc abordé par la suite pour lier besoins et outils, le besoin étant l'initiateur. Enfin des recommandations sur la marche à suivre pour appliquer concrètement un processus de REX systématique et utilisant des outils 4.0 à des fins d'automatisation permettent d'établir que des étapes de recherche supplémentaire sont requises pour atteindre le niveau d'automatisation visé par le 4.0.  ABSTRACT: Industry 4.0 and related concepts provide opportunities for improvement for many organizational processes. In the construction sector, this fourth industrial revolution has not yet fully emerged. The feedback process (REX) represents a challenge for construction companies because it aims to capitalize on past projects to improve practices. Industry 4.0 could be a response to this need for improved REX.  According to the literature review on the question of feedback in general and therefore the transmission of lessons learned in a project context and in particular in the construction sector, current methods only formulate general solutions that are not specifically adapted for a company. Thus, in this thesis, the analysis begins with the needs resulting from semi-structured interviews with our partner, a construction management company, and by analyzing their project management processes. The objective is to build a methodology for developing their feedback based on the solutions from Construction 4.0. The classic approach to REX is therefore addressed here by the needs and objective that the partner wants to give to its REX process. A methodology to translate informal data into a finite number of formal data is proposed to allow subsequent alignment between the expressed needs of REX and Tools 4.0. This first method makes it possible to standardize the necessary data and make them usable by 4.0 technologies. A model for aligning organizational needs with 4.0 is thus discussed to link needs and tools, the need being the initiator. Finally, recommendations on how to concretely apply a systematic REX process using tools 4.0 for automation purposes establish that additional research steps are required to achieve the level of automation targeted by 4.0.


identifier: Houriez, G. (2019). Développement d'un procédé de réaction catalytique assisté par les micro-ondes : application pour le reformage du méthane par le CO2  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La réduction des gaz à effet de serre, et du dioxyde de carbone plus particulièrement est l'un des grands enjeux des années à venir. Il existe des procédés comme le reformage à sec du méthane pour recycler le CO2 tout en donnant une plus grande valeur ajoutée au gaz naturel. Cependant ce procédé connu depuis le début du siècle dernier souffre de nombreux défauts, sa forte demande en énergie et le manque de catalyseur efficace sont les principaux. Afin d'apporter une solution pour le caractère énergivore de ce procédé, l'utilisation des micro-ondes comme sources de chauffage pourrait être une solution. Cette technologie permet de chauffer plus rapidement et de manière sélective. Mais pour cela, il est nécessaire de développer de nouveaux réacteurs, des matériaux capables de dissiper les micro-ondes sous formes de chaleur et de nouveaux catalyseurs.  ABSTRACT: One of the big challenges for the coming years will be the reduction of greenhouse gas and more specifically carbon dioxide. Some process exists, just like the Dry Reforming of Methane (DRM) that allows to recycle CO2 while giving greater value to natural gas. However, this process discovered a long time ago has several inconvenient. Among them, the most important are its high energy needs and the lack of viable catalyst. A solution to make this process industrially viable could be to use microwave heating instead than conventional heating. This technology allows to heat faster and selectively so the energy is used more efficiently. In order to use microwave heating, it is necessary to develop new reactors, new materials able to dissipate microwave into heat and new catalysts.


identifier: Lu, X. (2019). Imaging Cerebral Oxygenation Alterations in an Alzheimer Mouse Model  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Cette thèse a pour objectif d'explorer l'oxygénation cérébrale en exploitant un système de microscopie à deux photons combiné à un colorant phosphorescent sensible à la pression d'oxygène, le PO2. La combinaison du colorant phosphorescent au système à deux photons permet une mesure de l'oxygène avec une excellente résolution spatiale et temporelle, facilitant la recherche de sur l'oxygénation des tissus, en particulier dans les situations pathologiques. À cette fin, la microscopie laser à deux photons a d'abord été associée au colorant phosphorescent, tandis que d'autres techniques d'imagerie, y compris l'imagerie optique de signaux intrinsèques (ISOI), l'imagerie par résonance magnétique (IRM) et la tomographie par cohérence optique ont pu fournir des informations complémentaires dans les études qui ont été faites. Nos travaux ont visé l'étude de modèles murins de la maladie d'Azheimer (AD) pour explorer les altérations de l'oxygénation cérébrale dans ces modèles. Les résultats accumulés ont fait l'objet de publications qui ont été soumises à trois revues avec comité de lecture. Dans le premier travail, nous avons cherché à examiner 1) si l'oxygénation du cerveau est compromise par l'apparition de la maladie d'Alzheimer et 2) comment l'exercice physique volontaire module l'influence de la maladie d'Alzheimer sur l'oxygénation du cerveau. Bien que les contributions vasculaires à la démence et à la maladie d'Alzheimer soient de plus en plus reconnues, la perturbation potentielle de l'oxygénation du cerveau associée à la maladie et le fait que les stratégies de prévention visant à maintenir l'oxygénation des tissus soient bénéfiques ont des causes qui restent largement inconnues. Nos résultats montrent que la pression partielle d'oxygène du tissu cérébral (PO2) a diminué avec l'apparition de la maladie d'Alzheimer. Cette réduction de la PO2 était associée à la présence de petites zones spatiales presque hypoxiques, à une fraction accrue d'extraction d'oxygène et à une réduction du débit sanguin, observations qui ont toutes été annulées par l'exercice. L'Alzheimer et l'âge ont également accru l'hétérogénéité spatiale de l'oxygénation du tissu cérébral, qui fut par ailleurs normalisée par l'exercice. Une coloration ex vivo du tissu cérébral a également montré moins de dépôts d'amyloïde-β (Aβ) dans le groupe d'exercice. Enfin, nous avons observé des corrélations entre la distance de course volontaire et l'oxygénation des tissus cérébraux / le flux sanguin, suggérant une relation dose-réponse de l'exercice sur le cerveau.  Le deuxième article avait pour objectif de caractériser, dans une seconde cohorte de souris, les modifications de l'hémodynamique capillaire avec l'Alzheimer et le rôle modulateur de l'exercice, étant donné le rôle fondamental des capillaires dans le transport de l'oxygène vers les tissus et les bénéfices proposés de l'exercices pour la maladie d'Alzheimer. Nous avons constaté des altérations hémodynamiques et une densité vasculaire plus faible chez la souris Alzheimer, inversées par l'exercice. Nous avons en outre observé que les propriétés des capillaires étaient dépendantes de l'ordre des branches et que la stimulation évoquait des changements atténués par l'Alzheimer mais augmentés par l'exercice. Notre étude fournit de nouvelles informations sur les perturbations de la microcirculation cérébrale avec la maladie et sur le rôle modulateur de l'exercice volontaire sur ces altérations. Le dernier article avait pour objectif d'explorer les modifications de l'oxygénation des tissus évoquées par un stimulus dans le même modèle animal, et d'explorer plus avant les facteurs modulateurs, notamment l'exercice et l'hypertension, responsables de ces modifications. La microscopie à deux photons in vivo a été utilisée pour étudier les modifications locales de l'oxygénation du tissu cérébral avec la maladie et sa modulation par l'exercice et l'hypertension chez la souris transgénique suivant une stimulation des moustaches. Nous avons observé une décroissance plus rapide de la PO2 tissulaire entourant les artérioles et une plus grande hétérogénéité de la PO2 dans le groupe de pathologies doubles (AD et hypertension). Nos résultats ont également montré une valeur de base inférieure de la PO2 dans le groupe AD, exacerbée par l'hypertension artérielle alors qu'elle était inversée par l'exercice.  Globalement, ces études suggèrent que l'oxygénation cérébrale compromise est un indicateur de l'apparition de l'Alzheimer, avec l'apparition de mécanismes délétères potentiels associés à l'hypoxie. L'exercice volontaire a amélioré le processus d'oxygénation neurovasculaire, offrant potentiellement un moyen de retarder ces changements dans la maladie, alors que des maladies vasculaires telles que l'hypertension pourraient exacerber la perturbation de l'oxygénation.  ABSTRACT: This thesis aims to explore the cerebral oxygenation by eploiting two photon microscopywith a phosphorescence PO2 sensitive dye. Combining the phosphorescence dye to the two-photon system enables better spatial and temporal resolution compared to other oxygen measurement methods (e.g., mass spectroscopy and polarography), facilitating the investigation of oxygenation in tissues especially in pathological situations. Toward this end, two-photon laser microscopy was combined with the phosphorescence dye first, while other imaging techniques, including intrinsic signal optical imaging (ISOI), magnetic resonance imaging (MRI), and optical coherence tomography (OCT) were also used to provide complementary information (e.g., changes of oxygenated hemoglobin, blood perfusion, and blood flow). All imaging methods were used to investigate a mouse model of Azheimer's disease (AD) to explore the oxygenation alterations in the brain. Results from these studies have been submitted to three peer-reviewed journals.  In the first endeavor, we aimed to examine 1) whether brain oxygenation is compromised by the onset of AD and 2) how voluntary exercise modulates the influence of AD on brain oxygenation. While vascular contributions to dementia and AD are increasingly recognized, the potential brain oxygenation disruption associated with AD and whether preventive strategies to maintain tissue oxygenation are beneficial remain largely unknown. Our results show that cerebral tissue oxygen partial pressure (PO2) decreased with the onset of AD. Reduced PO2 was associated with the presence of small near-hypoxic areas, an increased oxygen extraction fraction, and reduced blood flow. The observations were all reverted by exercise. AD and age also increased the spatial heterogeneity of brain tissue oxygenation, which was homogenized by exercise. Immunohistological staining also showed fewer amyloid-β (Aβ) deposits in the exercise group. Finally, we observed correlations between voluntary running distance and cerebral tissue oxygenation/blood flow, suggesting a dose-response relationship of exercise on the brain.  The second article aimed to characterize the changes in capillary hemodynamics with AD and the modulating role of exercise, given the fundamental role of capillaries in the oxygen transport to tissue and the propoosed benefits of exercise to AD. We found hemodynamic alterations and lower vascular density with AD, reversed by exercise. We further observed that capillary properties were branch order dependent and that stimulation evoked changes were attenuated with AD but increased by exercise. Our study provides novel insights into cerebral microcirculatory disturbances with AD and the modulating role of voluntary exercise on these alterations.  The last paper aimed to explore the stimulus-evoked tissue oxygenation changes in the model of AD and further explore modulating factors, including exercise and hypertension, for these changes. In vivo two-photon phosphorescence lifetime microscopy was used to investigate local changes of brain tissue oxygenation with AD and its modulation by exercise and hypertension in the transgenic AD mice under whisker stimulation. We observed faster decay of tissue PO2 surrounding arterioles and more PO2 heterogeneity in the group of dual pathology (both AD and hypertension). Our results also showed lower baseline tissue PO2 value in the AD group, exacerbated by hypertension but reversed by exercise.  Overall, this these studies suggest that compromised brain oxygenation is an indicator of the onset of AD, with the emergence of potential deleterious mechanisms associated with hypoxia. Voluntary exercise enhanced the neurovascular oxygenation process, potentially offering a means to delay these changes in AD, whereas vascular disease such as hypertension could exacerbate the oxygenation disruption in AD.


identifier: Rossetti, N. (2019). Poly (3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) Coatings for High Quality Electromyography Recording  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les revêtements en polymère conducteur sur les électrodes métalliques constituent une solution efficace pour améliorer l'enregistrement et la stimulation des signaux neuronaux en raison de leurs conductivités électronique et ionique ainsi que de leur biocompatibilité. Cependant, très peu d'études ont été réalisées sur les revêtements de polymères conducteurs sur des fils métalliques pour l'enregistrement du signal musculaire. Ces travaux traitent surtout les électrodes pour l'enregistrement chronique sous anesthésie. L'enregistrement chronique du signal musculaire chez les animaux en mouvement pose un de défis pour les revêtements d'électrode, en raison des déplacements musculaires qui peuvent provoquer un délaminage du revêtement et une défaillance du dispositif. De plus, la faible adhérence des polymères conducteurs à certains substrats inorganiques et la dégradation de leurs propriétés électrochimiques après des traitements sévères tels que la stérilisation ou pendant l'implantation, limitent davantage leur utilisation pour les applications biomédicales. Dans ce travail, nous avons développé des électrodes invasives électrochimiquement stables pour l'enregistrement de signaux musculaires chez les petits animaux à base de fils multibrins en acier inoxydable revêtus du polymère conducteur poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT). La stabilité électrochimique et mécanique a été obtenue en ajustant les conditions d'électropolymérisation. Le PEDOT, dopé par des anions ClO4 - , a été électropolymérisé de manière galvanostatique sur des fils d'acier inoxydable en utilisant trois solvants différents: le carbonate de propylène (organique), l'acétonitrile (organique) et l'eau (inorganique). L'adhérence du revêtement au substrat métallique a été testée par ultrasonication et la stabilité électrochimique a été évaluée par vieillissement accéléré dans une solution tampon de phosphate salin et par stérilisation à l'autoclave. Le solvant a joué un rôle clé dans l'adhérence du revêtement PEDOT. Les solvants organiques offraient la meilleure stabilité mécanique. Les électrodes préparées avec ces solvants possédaient une excellente stabilité électrochimique et survivaient à la stérilisation et au trempage prolongé sans changement majeur des propriétés électrochimiques. Des électrodes en acier inoxydable sans revêtements de polymères conducteurs et d'autres revêtues de PEDOT ont été implantées dans le muscle acromiotrapezius de cinq souris pour l'enregistrement du signal musculaire durant une période de 6 semaines. Le revêtement PEDOT a amélioré les propriétés électrochimiques des électrodes en acier inoxydable, abaissant l'impédance, ce qui a permis d'améliorer le rapport signal / bruit lors de l'enregistrement du signal musculaire in vivo par rapport aux électrodes sans polymère.  ABSTRACT: Conductive polymer coatings on metal electrodes are an efficient solution to improve neural signal recording and stimulation due to their mixed electronic-ionic conduction and biocompatibility. To date only a few studies have been reported on conductive polymer coatings on metallic wire electrodes for muscle signal recording. These studies mainly deal with testing of electrodes for acute recording during anaesthesia. Chronic muscle signal recording in free-walking animals offers more challenges for the electrode coatings, due to the muscle displacements which may cause coating delamination and device failure. The poor adhesion of conductive polymers to some inorganic substrates and the possible degradation of their electrochemical properties after harsh treatments, such as sterilization, or during implantation still limit their use for biomedical applications. In this work, we developed mechanically and electrochemically stable invasive electrodes for muscle signal recording in small animals based on stainless steel multi-stranded wires coated with the conductive polymer poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT). The electrochemical and mechanical stability was achieved by tuning the electropolymerization conditions. PEDOT doped with ClO4 - anions was galvanostatically electropolymerized using three different solvents: propylene carbonate (organic), acetonitrile (organic) and water (inorganic). The coating's adhesion to the metallic substrate was tested through ultrasonication and the electrochemical stability was evaluated through accelerated ageing in phosphate buffer solution and autoclave sterilization. The solvent played a key role in the adhesion of the PEDOT coating, with organic solvents giving the best mechanical stability. Electrodes prepared with these solvents possessed excellent electrochemical stability, and survived sterilization and prolonged soaking without major changes in electrochemical properties. PEDOT-coated and bare electrodes were implanted in the acromiotrapezius muscle of five mice for muscle signal recording during a period of 6 weeks. The PEDOT coating improved the electrochemical properties of the stainless steel electrodes, lowering the impedance, which resulted in enhanced signal to noise ratio during in vivo muscle signal recording compared to bare electrodes.


identifier: Ngabu, É. T. (2019). Optimisation des mélanges sols-boues (MSBs)à l'aide de la méthode d'empilement, de la théorie des mélanges et de la méthode de compactage  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La restauration des sites miniers peut se faire par plusieurs méthodes, entre autres à l'aide des recouvrements étanches contrôlant les infiltrations d'eau et des barrières à l'oxygène. Ces dernières incluent aussi les couvertures à effets de barrière capillaire (CEBC). Une CEBC comporte au moins une couche de matériau fin placée entre deux couches de matériaux grossiers. Ce matériau fin doit être doté d'une capacité de rétention d'eau avec une pression d'entrée d'air (AEV) d'au moins 20 à 50 kPa et une faible conductivité hydraulique saturée (ksat) dont la valeur doit être inférieure à 10-5 cm/s. Lorsque les matériaux fins ayant les caractéristiques requises (données ci-dessus) ne sont pas disponibles (en quantité suffisante) dans les environs des sites à restaurer, ou lorsqu'on veut réduire la quantité de matériaux d'emprunt à excaver, il est possible de recourir à d'autres matériaux alternatifs comme ceux incorporant les boues de traitement du drainage minier acide. Lorsque ces boues sont mélangées de manière optimale avec d'autres matériaux granulaires, les mélanges sols-boues (MSBs) obtenus peuvent avoir des propriétés hydrogéologiques adaptées pour être utilisés comme matériaux fins dans les recouvrements.   Ce projet de recherche avait comme principal objectif d'optimiser la quantité de boues de traitement des eaux minières acides dans les MSBs en utilisant la théorie d'empilement et de mélange des particules, et la méthode d'optimisation par compactage, et d'évaluer dans quelles mesures ces MSBs optimisés peuvent servir comme matériaux dans les recouvrements utilisés pour la restauration des sites d'entreposage de résidus miniers.  De façon plus spécifique, les objectifs de ce projet de recherche consistaient à : a) Optimiser des proportions des sols et de boues entrant dans les MSBs par la théorie d'empilement des particules et/ou la théorie de mélange ou par compactage; b) Déterminer les caractéristiques hydrogéotechniques des mélanges sols-boues optimisés.   Les boues de traitement du drainage minier acide de la mine Westwood (WW) de la Corporation IAMGOLD et Waite Amulet (WA) de La Fonderie Horne (Glencore) ont été étudiées ainsi que du sable et du till échantillonnés dans des bancs d'emprunt sur le site Westwood. Les teneurs en eau considérées pour chacun des constituants sont respectivement de 175 et 200% pour les boues WW et WA et de 3,5 et 7,5% pour le sable et le till.  Dans un premier temps, la caractérisation des matériaux (physique, chimique et minéralogique) entrant dans les mélanges a été effectuée. Cette caractérisation a permis de classer les matériaux (selon la méthode USCS) comme suit : SP et SC pour le sable et le till, MH pour la boue WW. Les deux boues contiennent d'une part le gypse et d'autres part de la calcite, ce qui leur procure de l'alcalinité à long terme. Une caractérisation hydrogéotechnique des matériaux à l'état lâche a aussi été réalisée.  Par la suite, l'optimisation des MSBs a été effectuée à l'aide de modèles basés sur la théorie d'empilement des particules qui permettent d'aboutir à une courbe granulométrique de référence et de modèles basés sur la théorie de mélange qui permettent la détermination d'une courbe de référence montrant la variation de la porosité (indice des vides) du mélange en fonction de la proportion des particules fines et/ou d'obtenir des proportions optimales des particules dans les mélanges. Les porosités à l'état lâche des fractions grossière (sol granulaire) et fine (boue) ont été utilisées. Il est ressorti de ces études que les modèles basés sur la théorie d'empilement des particules proposent des courbes granulométriques de référence ayant des particules trop grossières et irréalisables par rapport aux matériaux étudiés. Les modèles basés sur la théorie des mélanges de Koltermann et Gorelick (1995); Côté et Konrad (2003) et Wickland et al. (2006) donnent des mélanges optimaux dont la teneur en boue (masse de boue humide/masse de sol humide) est élevée (comprise entre 38 et 58% pour les mélanges sable-boues et, entre 27 et 56% pour les mélanges till-boues). Ces mélanges sont difficiles à compacter à cause de leurs teneurs en eau très élevées. Le modèle de Jehring et Bareither (2016) donne des résultats de teneur en boue dans les mélanges (comprises entre 14 et 18% pour les mélanges sable-boues et entre 10 et 13% pour les mélanges till-boues), valeurs inférieures à celles données par les autres modèles.   L'optimisation par compactage consistait à déterminer les variations de la masse volumique sèche des MSBs en fonction de la teneur en boue et de la teneur en eau naturelle des mélanges. Ici, la teneur en eau initiale des sols a été variée comme suit : 0 à 7% pour le sable et de 0 à 4% pour le till. L'optimisation par compactage a donnée des valeurs de teneur en boue comprises entre 19 et 8% pour les mélanges de sable lorsque la teneur en eau initiale du sable passe de 0 à 7% et de 10 et 2% pour les mélanges de till lorsque la teneur en eau initiale du till passe de 0 à 4%. La teneur en boue dans le mélange dépend de la teneur en eau initiale des matériaux. Pour une teneur en eau initiale des boues donnée, la teneur en boue dans le mélange augmente avec la diminution de la teneur en eau initiale du sol.  Après comparaison des différents résultats, les mélanges retenus pour les essais hydrogéotechniques étaient ceux optimisés par le modèle de Koltermann et Gorelick (1995) et par compactage en considérant le degré de compaction à 98%. Enfin, les essais hydrogéotechniques sur les mélanges retenus ont montré les valeurs des conductivités hydrauliques saturées autour de 10-4 cm/s pour les mélanges de sable-boues et autour de 10-6 cm/s pour les mélanges de till-boues. Les valeurs des pressions d'entrées d'air (AEV) sont supérieures à 20 kPa pour tous les mélanges. Cette étude a permis de montrer que les théories d'optimisations de mélanges initialement développées pour des particules mélangées à l'état sec peuvent être utilisées pour les MSBs générés à partir des composantes humides. La teneur en boues dans le mélange peut être maximisée, mais par contre, le problème des teneurs en eau élevées dans les mélanges n'est pas résolu.  ABSTRACT: Reclamation of mine sites can be done using several methods among which sealed covers that control water infiltration and oxygen barrier covers. The latter comprises also covers with capillary barrier effect (CCBE). A CCBE comprises at least one layer of fine material placed between two layers of coarse materials. This fine material must have a water retention capacity with an air entry value (AEV) of at least 20 to 50 kPa and a low saturated hydraulic conductivity (ksat) of a value lower than 10-5 cm/s. When fine materials with the required characteristics (see above) are not available in sufficient quantities close to the site under reclamation, or when you want to reduce the amount of borrow materials to excavate, it is possible to rely on other alternative materials such as those incorporating acid mine drainage treatment sludge. When this sludge is mixed in an optimal way with other granular materials, soil-sludge mixtures (SSMs) that are obtained can have hydrogeological properties that are suitable to be used as fine materials in covers.  This research project had a principal objective to optimize the quantity of acid mine water treatment sludge in the SSMs using the theory of particle packing and of mixture, and the method by compaction, and to evaluate in which ways these SSMs optimized can serve as materials in covers used for reclamation of tailings storage facilities. More specifically, the objectives of this research project are: a) optimize the proportions of soil and sludge in the SSMs by the theory of particle packing and/or the theory of mixture or by compaction; b) determine the hydrogeotechnical properties of the optimized soil-sludge mixtures.  Acid mine drainage treatment sludge of the Westwood mine (WW) of IAMGOLD Corporation and Waite Amulet (WA) of Fonderie Horne (Glencore) has been studied as well as sand and till samples collected at the borrow pit on the Westwood site. Water contents considered for each constituent are respectively 175 and 200% for WW and WA sludge and 3,5 and 7,5% for sand and till respectively.  In a first step, material characterization (physical, chemical and mineralogical) used in the mixtures has been conducted. This characterization has enabled to classify materials (according to the USCS method) as follows: SP and SC for sand and till, MH for WW sludge. Both sludge contain gypsum on the one hand and calcite on the other hand, which will provide alkalinity in the long term. A hydrogeotechnical characterization of materials in the loose state has also been performed.  Afterwards, optimization of SSMs has been performed using models based on particle packing theory that will produce a reference grain size distribution curve and models based on the mixture theory that allows determination of reference curve that shows variation of porosity (void ratio) of mixture in function of the proportion of fine particles and/or to obtain optimal proportions of particles in the mixtures. Porosities at the loose state of the coarse fractions (granular soil) and fine (sludge) have been used. These studies showed that models based on particle packing theory suggest reference grain size distribution curves that have too coarse particles and not feasible in comparison with studied materials. Models based on the theory of mixtures of Koltermann and Gorelick (1995); Côté and Konrad (2003) and Wickland et al. (2006) give optimal mixtures with sludge content (wet sludge mass/wet soil mass) is high between 38 and 58% for the mixtures sand-sludge and between 27 and 56% for the mixtures till-sludge. These mixtures are difficult to compact because of their very high water contents. The model of Jehring and Bareither (2016) gives the results of sludge content in the mixtures (comprised between 14 and 18% for the mixtures sand-sludge and between 10 and 13% for the mixtures till-sludge), values lower than those given by other models.  Optimization by compaction consisted in determining variations of dry density of SSMs in function of sludge content and natural water content of mixtures. Here, initial soil water content has been varied as follows: from 0 to 7% for sand and from 0 to 4% for till. Optimization by compaction has given sludge content values comprised between 19 and 8% for the mixtures of sand when initial water content of sand goes from 0 to 7% and between 10 and 2% for the mixtures of till when initial water content goes from 0 to 4%. The sludge content in the mixture depends on initial water content of the materials. For a given initial water content of the sludge, sludge content in the mixture increases with decrease of initial soil water content.  After comparison of different results, mixtures selected for hydrogeotechnical tests were the ones optimized by the model of Koltermann and Gorelick (1995) and by compaction considering the degree of compaction at 98%. Finally, hydrogeotechnical tests on the selected mixtures have shown values of saturated hydraulic conductivities around 10-4 cm/s for sand-sludge mixtures and around 10-6 cm/s for till-sludge mixtures. Air entry pressure values (AEV) are greater than 20 kPa for all the mixtures.  This study showed that optimization theories of mixtures initially developed for particles mixed at dry state can be used for the SSMs generated from humid components. Sludge content in the mixture can be maximized but in the contrary, issues related to high water content of the mixture have not been solved.


identifier: Khajehnouri, Y. (2019). Évaluation non-destructive et non-invasive du développement de la réaction alcali-silice dans le béton par spectroscopie d'impédance électrique  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La réaction alcali-silice (RAS) est l'un des mécanismes les plus courants et les plus néfastes qui réduit la fonctionnalité des structures en béton (mécanique / durabilité). À ce jour, il n'y a pas de moyens vraiment efficaces de limiter la dégradation causée par cette réaction dans les structures en béton existantes ; il est possible de caractériser visuellement les fissures causées par l'expansion du béton affecté par la RAS et de mesurer les déformations de l'ouvrage au fil du temps. Ce projet de recherche propose l'application de la polarisation provoquée spectrale (PPS) comme technique non destructive afin de caractériser les comportements électriques d'une structure en béton complexe et affectée par l'ASR avant même son apparition visuelle (fissuration).  Ce projet a été réalisé en trois phases: la première phase consistait à développer un dispositif expérimental pouvant offrir une précision de déphasage de 1 mrad en employant une unité de polarisation provoquée spectrale SIP Fuchs III dans une gamme de fréquences allant de 1.43 mHz à 20 kHz. Notre porte-échantillon a permis de suivre et de caractériser simultanément les réponses électriques complexes à deux positions diamétralement opposées d'un échantillon. La configuration à quatre électrodes a été utilisée pour améliorer le rapport signal sur bruit. Afin d'évaluer la précision de notre système de mesure, des mesures PPS ont d'abord été réalisées sur un échantillon homogène de mortier, puis sur un échantillon hétérogène de béton. La résolution des mesures électriques a été obtenue en contrôlant les paramètres externes tels que l'effet de couplage, le facteur géométrique, l'impédance de contact et la polarisation des électrodes. Des plaques d'aluminium-bronze (électrodes de courant) ainsi qu'un gel conducteur ont été utilisées afin d'atténuer la résistance de contact à l'interface entre les électrodes et la surface de l'échantillon. Dans ce cas, la densité de courant et l'impédance de contact des électrodes étaient suffisamment faibles pour éviter les effets non linéaires et les erreurs de polarisation pendant la mesure.   La deuxième phase portait sur la mise en évidence de la différence de comportement électrique complexe (PPS) entre les échantillons de béton non affectés et affectés par la RAS sous des conditions d'essai accélérées (solution de NaOH, 60 °C). Les données PPS ont été ajustées avec le modèle de décomposition de Debye (DD) pour déterminer la résistivité DC (ρ0) et la distribution de la chargeabilité (m) en fonction du temps de relaxation (τ). Selon les résultats obtenus, ρ0 n'a pas été affecté par le développement de la RAS; elle est fortement dépendante de la conductivité électrique de la solution (eau, NaOH). Cependant, elle a montré une augmentation constante pour les deux mélanges du béton (réactif; RC, témoins; NRC) saturés de la même solution (NaOH ou eau). Cela peut être dû au développement du squelette de la matrice cimentaire avec le temps. Une évolution significative du déphasage (φ), de la chargeabilité totale (Σm) et du temps de relaxation moyen (τ mean) a été constatée pour les échantillons de béton affectés par la RAS par rapport aux mélanges non affectés, en particulier à basse fréquence (1.48 MHz <f <5.86 Hz). Une forte corrélation linéaire a été observée entre la chargeabilité normalisée et la partie imaginaire de la conductivité pour les mélanges réactifs accélérés (RC-NaOH), ce qui pourrait être associé à une augmentation de la conductivité de surface de la couche de Stern à la surface des grains réactifs ou à l'évolution de la surface spécifique causé par à la production de gel de silice (RAS), ou les deux. Dans cette partie, nous avons proposé un modèle électrochimique conceptuel de la distribution des temps de relaxation afin de suivre l'évolution dans le temps du pic de chargeabilité pour l'échantillon de béton affecté par la RAS (RC-NaOH). Ce modèle a été basé sur la superposition de chargeabilités dues à trois groupes principaux de grains (granulats, sable et ciment). Les résultats ont montré une augmentation du pic de chargeabilité des mélanges réactifs à des temps de relaxation relativement longs τ> 100 s correspondant à la taille de grains grossiers. Cette observation pourrait être associée à l'évolution de la polarisation ainsi qu'à l'augmentation de la densité de charge à la surface des agrégats (couche de Stern) affectée par la RAS.  La troisième phase portait sur la mise en évidence de la sensibilité de la méthode PPS à la réaction alcali-silice par rapport aux autres techniques classiques telles que les essais non destructifs (expansion, variation de masse, vitesse ultrasonore) et les examens destructifs (module d'élasticité, résistance à la compression, porosité, densité, analyses pétrographiques et minéralogiques). La corrélation possible a été étudiée entre les différentes signatures (électrique, physique, mécanique et chimique) afin de détecter et de surveiller le développement de la RAS au fil du temps. Les résultats montrent que l'expansion, l'analyse pétrographique avec l'évaluation des dommages, le module d'élasticité et la vitesse ultrasonique sont des critères fiables pour la caractérisation de l'endommagement lié à la RAS.  Les réponses PPS (Σm et τmean) des échantillons affectés ont montré une corrélation significative avec l'augmentation de l'expansion au cours du temps. Cette observation a été validée par l'utilisation de l'analyse pétrographique selon la méthode du Damage Rating Index (DRI) qui a montré la présence de fissures remplies de gel dans les agrégats et dans le ciment affecté par la RAS. En fin, la sensibilité de PPS en laboratoire a été validée comme une méthode non destructive pour surveiller le développement de la RAS ainsi que pour détecter une différence significative des réponses électriques (φ, Σm, τmean) entre les échantillons de béton non affectés et affectés par cette réaction.  ABSTRACT: The alkali–silica reaction (ASR) is one of the most common and harmful mechanisms that reduces the functionality of concrete structures (mechanical/durability).  Nowadays, there is no way to limit the degradation of ASR reaction in the damaged concrete structures built; it is only possible to characterize visually the ASR-cracks which are caused by the expansion of concrete and to measure the deformations of the structure over time. Our research proposed the application of spectral induced polarization (SIP) as non-destructive technique in order to characterize the electrical behaviours of complex concrete structure affected by ASR before the damage is apparent.   This work consists of three phases; first step aims to develop an experimental setup achieving phase accuracy 1 mrad in the range from 1.43 mHz to 20 kHz using SIP Fuchs III system. Our sample holder allowed to monitor and to characterize simultaneously the electrical complex responses on opposite sides of the sample. The four-electrode configuration was used to improve the signal-to-noise ratio. In order to evaluate the precision of our laboratory configuration, SIP was first conducted on a homogeneous mortar sample, and then on a heterogeneous concrete specimen. The resolution of electrical measurement was achieved by controlling the external parameters such as coupling effect, geometric factor, contact impedance and electrode polarization). Aluminum-bronze plates with conductive gel as the electric current electrodes were used to reduce the contact resistance between the current electrodes and the concrete surface.  In this case, the current density and the contact impedance of the electrodes were sufficiently low to avoid non-linear effects and polarization error.  Second part focuses on highlighting the difference of electrical behaviour between non-affected and affected concrete samples by ASR under accelerated test conditions (60°C). The SIP data were fitted with a Debye decomposition model (DD) to determine the DC bulk resistivity (ρ0) and the distribution of the chargeability (m) as a function of the relaxation time (τ), it was not affected by the ASR development, and it strongly depended on the electrical conductivity of the solution (water, NaOH). However, ρ0 showed a constant increase due to the development of the matrix skeleton over time. A significant evolution of phase lag (φ), total chargeability (Σm) and mean relaxation time (τ mean) was found for affected concrete samples by ASR compared to the non-affected mixtures, especially over the low frequency range (1.43 mHz < f < 5.86 Hz). There was a strong linear correlation between normalized chargeability and the imaginary part of the electrical conductivity for accelerate reactive mixtures (RC-NaOH), which could be associated with an increase in surface conductivity of the Stern layer at reactive grain surface or the evolution of specific surface area due to production of ASR silica gel, or both.  In this part, we proposed a conceptual electrochemical model of relaxation time distribution in order to monitor the evolution in time of chargeability peak for concrete affected by ASR (RC-NaOH).  This model was based on the superimposition of chargeabilities due to three main groups of mineral grains (aggregates, sand and cement).  The results showed an increase in chargeability peak of reactive mixtures at relatively long relaxation times τ > 100 s that was corresponded to the coarse-grained area. This observation could be due to the evolution of polarization and increasing the charge density at the aggregates surface (Stern layer) affected by ASR.  The third part highlighted the potential value of SIP method compared to the other conventional techniques such as the non-destructive techniques (expansion, mass variation, ultrasonic pulse velocity) and the destructive testing (modulus of elasticity, compressive strength, porosity, density, petrographic examination). The study of the possible correlation between their different signatures was conducted for detection and time-lapse monitoring of ASR development. According to our results, the expansion, petrographic examination by estimating the Damage Rating Index (DRI), modulus of elasticity and ultrasonic pulse velocity method showed good sensitivity to distinguish the damage caused by ASR. The PPS responses (φ, Σm and τ mean) of the affected concrete samples showed a significant increasing trend with expansion over time. This observation was validated using petrographic analysis according to the Damage Rating Index method (DRI) which showed the presence of gel-filled cracks in aggregates and cement affected by ASR.  Finally, the sensitivity of the laboratory SIP measurement was validated as a non-destructive method to monitor the development of the RAS, as well as to detect a significant difference of electrical responses (φ, Σm, τmean) between non-affected and affected concrete samples by ASR.


identifier: Cousin, N. (2019). Exploitation des technologies de l'Industrie 4.0 à des fins de génération du As-Built Schedule en gestion de projets  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les projets de construction sont constitués d'un ensemble d'activités plus ou moins complexes et de nombreux ajustements doivent être réalisés tout au long de leur réalisation suite à des complications par rapport au plan initial, d'où l'importance du processus de suivi de l'avancement de ces projets. Afin de mener à bien ce processus, il est nécessaire de collecter des données sur le site en vue de l'élaboration du As-Built Schedule. Ce dernier est une image détaillée des activités réalisées du chantier servant de base au processus de suivi et de replanification de projet, à l'analyse des réclamations et de tout type de délais. Les données du suivi d'un projet de construction sont incorporées à plusieurs documents, dont les journaux de chantier qui rassemblent les informations caractérisant factuellement l'avancée et les conditions d'avancées du chantier. Par leur contenu, ils constituent un rapport pouvant être utilisé pour l'élaboration du As-built Schedule. C'est pourquoi l'objectif général est l'amélioration du processus d'élaboration du As-Built Schedule à partir des journaux de chantier. L'état de l'art concernant les journaux de chantier a permis de mettre en évidence que la collecte des données nécessaires est chronophage, parfois erronée et qu'elle s'effectue à une fréquence variable. Les méthodes de collecte des données des journaux de chantier constituent donc un enjeu majeur pour automatiser le suivi de projet et l'élaboration du As-Built Schedule. Toutefois, la littérature ne fournit pas de modèles de données de ces journaux de chantier indiquant quelles données devraient être collectées. C'est pourquoi l'objectif spécifique (objectif n°1) de cette recherche est la création d'un modèle de données présentant les données nécessaires à la création d'un journal de chantier ainsi que leur mode de collecte. Cet objectif est ancré dans le contexte de l'Industrie 4.0 qui fait référence à la quatrième révolution industrielle que nous vivons présentement. L'Industrie 4.0 comprend un ensemble de moyens techniques, méthodes et technologies utilisés afin de soutenir la prise de décision en temps réel. Cette révolution touche peu à peu le secteur de la construction (Construction 4.0) qui reste néanmoins très en retard par rapport à d'autres secteurs industriels. Dans ce contexte, l'objectif n°1 se précise pour intégrer l'association des applications technologiques issues de l'Industrie 4.0 permettant d'automatiser la collecte à chacune des données lors de la création du modèle des journaux de chantier. La méthodologie employée a permis de confirmer la problématique des journaux de chantier soulevée par la revue de littérature en la confrontant à une analyse de l'existant réalisée chez un partenaire industriel. L'élaboration du modèle de données s'est réalisée à partir de l'identification des données nécessaires et par la détermination des applications technologiques issues du 4.0 permettant la collecte de ces données. Après identification de ces éléments, le modèle de données des journaux de chantier avec intégration des applications technologiques du 4.0 a été construit. Un cas d'étude du modèle mené chez le partenaire industriel a permis de proposer une démarche d'implantation. La démarche proposée est basée sur la priorisation des entités les plus chronophages du modèle, identifiées par une étude de temps. Ce cas d'étude répond au deuxième objectif (objectif n°2) qui est de développer une méthodologie d'implantation du modèle. En conclusion, les contributions de ce mémoire ont pour vocation de contribuer au développement de l'Industrie 4.0 ainsi qu'à l'amélioration du processus de suivi des projets dans le domaine de la construction.  ABSTRACT: Construction projects involve a set of more or less complex activities and many adjustments must be made throughout their implementation following complications compared to the initial plan, hence the importance of the progress monitoring process. In order to complete this process, it is necessary to collect data on site for the elaboration of the As-Built Schedule. The latter is a detailed picture of the activities carried out on the site, which serves as a basis for the project monitoring and re-planning process, the analysis of claims and all types of delays.  The monitoring data of a construction project are included in several documents, including daily reports that collect information that characterizes the progress and conditions of the site's progress. By their content, they can be used to develop the As-built Schedule. The state of the art concerning daily reports has shown that the collection of the necessary data is time-consuming, sometimes incorrect and that it is carried out at a variable frequency. Methods of collecting data for daily reports are therefore a major challenge in automating project monitoring and the development of the As-Built Schedule. However, the literature does not provide a data model of these site reports indicating which data should be collected. This is why the objective of this research is to create a data model presenting the data needed for the creation of a daily report as well as their collection method. This objective is grounded in the Industry 4.0 context, which refers to the fourth industrial revolution we are currently experiencing. Industry 4.0 includes a set of technical means, methods and technologies used to support real-time decision-making. This revolution is gradually affecting the construction sector (Construction 4.0), which nevertheless remains far behind other industrial sectors. In this context, the objective is to combine technological applications from Industry 4.0 to automate the collection of each of the data contained in the daily report model. The methodology used made it possible to confirm the problem of site daily reports raised by the literature review by comparing it with an analysis of the existing situation carried out by an industrial partner. The development of the data model was based on the identification of the required data and the determination of the technological applications from 4.0 that would allow the collection of these data. After identifying these elements, the site daily report data model with integration of 4.0 technological applications was developed. A case study of the model conducted at the industrial partner's site made it possible to propose an implementation approach. The proposed approach is based on prioritizing the most time-consuming entities in the model, identified by a time study. In conclusion, the purpose of the contributions of this thesis is to contribute to the development of Industry 4.0 and to the improvement of the monitoring process for construction projects.


identifier: Montégut, L. (2019). Réduction de l'effet Warburg chez une lignée de cellules de mammifères productrices d'anticorps  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'effet Warburg, ou glycolyse aérobie, est l'une des signatures métaboliques du cancer. Il est aussi largement observé chez les cellules d'ovaires de hamster chinois (CHO), plateforme privilégiée par l'industrie pharmaceutique pour la production de médicaments. L'utilisation de la glycolyse aérobie, plutôt que de la respiration mitochondriale, comme voie catabolique principale est à l'origine d'un manque d'efficacité énergétique et d'une production accrue de lactate pouvant inhiber la croissance et la production. C'est pourquoi de nombreuses stratégies existent pour réduire l'effet Warburg durant les bioprocédés de cultures de cellules CHO. La plupart du temps, elles orientent le métabolisme vers la respiration en faisant appel à des modifications génétiques, activant ou inhibant des enzymes du métabolisme, ou à l'optimisation des conditions de culture, par le contrôle précis des échanges avec le milieu extracellulaire. Nous proposons dans ce mémoire une troisième approche encore peu explorée. En s'inspirant des thérapies métaboliques appliquées pour diminuer l'effet Warburg dans le cadre du cancer, nous avons ajouté au milieu de culture des molécules interagissant avec certaines enzymes clés du métabolisme énergétique. Deux candidats ont été sélectionnés pour notre étude : l'acide lipoïque, connu pour activer l'enzyme responsable de l'entrée du flux glycolytique dans la mitochondrie, et le bleu de méthylène, connu pour faciliter les échanges d'électrons à la membrane mitochondriale. Après avoir déterminé la dose maximale n'altérant pas la croissance pour chacune des drogues sur une lignée test de notre laboratoire capable de produire un anticorps monoclonal, nous avons mesuré leur effet sur la croissance, la viabilité, la consommation et la production de plusieurs métabolites importants, ainsi que sur des marqueurs directs de l'activité mitochondriale. Ce faisant, nous sommes parvenus à caractériser quelles voies métaboliques étaient activées et inhibées par la supplémentation de chacune des drogues et de leur combinaison. L'acide lipoïque semble encourager l'approvisionnement de la mitochondrie en intermédiaires réactionnels, tandis que le bleu de méthylène favorise les réactions d'oxydoréduction à la membrane mitochondriale et diminue le stress oxydatif qui en résulte. Ce dernier paramètre a un impact positif sur la productivité en anticorps, avec un titre final augmenté de 24 % par rapport au contrôle non traité. Ces résultats encourageants donnent un meilleur aperçu de la régulation métabolique des CHOs et présentent la supplémentation de drogues métaboliques comme une stratégie prometteuse pour augmenter la productivité des bioprocédés pharmaceutiques.  ABSTRACT: The Warburg effect, or aerobic glycolysis, is one of the metabolic signatures of cancer. It is also widely observed in Chinese hamster ovary (CHO) cells, the pharmaceutical industry's preferred platform for the production of drugs. The use of aerobic glycolysis, rather than mitochondrial respiration, as the main catabolic pathway impairs energy efficiency and increases lactate production, undermining cellular growth and production. This is why many existing strategies aim to reduce the Warburg effect during CHO-based bioprocesses. Most of the time, they direct the metabolism towards respiration by using genetic modifications, through the activation or inhibition of metabolic enzymes, or by optimizing culture conditions, through the precise control of exchanges with the extracellular environment. In this work, we propose a third approach still scarcely investigated. Based on the example of metabolic therapies used in cancer treatments, we added effectors of certain energetic metabolism enzymes in the culture medium. Two candidates have been selected for our study: lipoic acid, known to activate the enzyme responsible for directing the glycolytic flux in the mitochondria, and methylene blue, known to facilitate electrons exchange at the mitochondrial membrane. After determining the maximal dose without growth effects for each drug on an antibody-producing cell line available in our laboratory, we measured their effect on growth, viability, consumption and production of key metabolites, as well as direct markers of mitochondrial activity. Therefore, we managed to characterize which metabolic pathways were activated and inhibited by the supplementation of each drug and their combination. Lipoic acid appears to promote the supply of mitochondrial reaction intermediates, while methylene blue promotes redox reactions at the mitochondrial membrane and decreases the resulting oxidative stress. This last parameter has a positive impact on antibody productivity, with a final titer increased by 24%, compared to untreated control. These encouraging results provide a better insight into the metabolic regulation of CHOs and present metabolic drug supplementation as a promising strategy for increasing the productivity of pharmaceutical bioprocesses.


identifier: Guillet, M. (2019). Prise en compte des calculs de cœur via l'utilisation de DONJON5 pour le code de scénario nucléaire CLASS et évaluation de l'impact sur les inventaires isotopiques  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les codes de scénarios nucléaires sont destinés à donner une visibilité sur les inventaires radiotoxiques, la consommation de ressources et la quantité de matière disponible pour le recyclage en fonction des options technologiques, du nombre de réacteurs opérationnels et de leurs conditions d'opération. Ces codes nécessitent de modéliser les éléments du cycle et leurs interactions, de l'unité fabrication du combustible à celle de retraitement en passant par les réacteurs. La simulation de la physique d'un réacteur nucléaire nécessite de résoudre l'équation du transport des neutrons, opération complexe et extrêmement coûteuse, qui n'est en général pas effectué à l'échelle coeur et, a fortiori, pas plus dans les codes de scénarios où plusieurs centaines de cycles sont simulés. Néanmoins, c'est à cette échelle que les phénomènes de fuites neutroniques et d'hétérogénéités prennent toute leur importance. L'objet de ce travail est de quantifier l'impact des calculs de coeurs à l'échelle du scénario. Une étude comparative est menée sur le code de scénario CLASS. D'une part, des simulations sont réalisées en utilisant des réseaux de neurones qui, à partir de calculs de réseaux infinis, permettent de s'extraire de l'échelle coeur tout en permettant de traiter des combustibles à priori inconnus. D'autre part, sont établis des modèles de réacteurs pour le code de scénario, qui font explicitement appel à des calculs de coeurs en 3D dans l'approximation de la diffusion avec le code DONJON5. Ces derniers nécessitent la création préalable d'un objet dans lequel est stocké l'ensemble des données nucléaires issues d'un calcul de réseau DRAGON5. L'établissement des schémas de calculs de réseau et de coeur a nécessité des simplifications et des optimisations poussées afin d'assurer la création d'une base de données contenant les résultats de milliers de calculs assemblage et des calculs de coeurs suffisamment rapides pour assurer des temps de calcul des scénarios raisonnables. Le défi principal de ce projet a été d'inclure les combustibles MOx. En effet, afin de prendre correctement en compte la physique de ce type de combustible, le calcul en diffusion requiert l'interpolation des différents paramètres sur une grille à huit dimensions (burnup, enrichissement, concentration de bore, abondance isotopique en plutonium 238, 240, 241, 242 et américium 241) au lieu de trois pour le combustible UOx (burnup, enrichissement, proportion de poison soluble), ce qui s'avère être extrêmement coûteux. Les résultats sur des scénarios de référence élémentaires et complexes sont comparés afin d'identifier et quantifier les sources d'erreur de la modélisation par les réseaux de neurones comparativement à des calculs de coeurs.  ABSTRACT: Scenario codes are designed to provide a long-term vision about the production of radio toxic inventories, requirements of resources, and estimation of available resources for reprocessing. These codes require the modeling of each nuclear fuel cycle element as well as their interactions. They include the models of both the fuel fabrication plants and the reactors. The modeling of nuclear reactors entails solving the neutron transport equation which is very costly and is typically not done at the scale of a reactor. Implementing full-core transport computations in scenarios is impractical since nuclear scenarios involve hundreds of irradiation cycles. Additionally, in-core heterogeneous effects such as bundle burnup discrepancies or neutron leakage become significant at this scale. This project assesses the impact of full-core calculations in nuclear scenario simulations with CLASS. In this dynamic scenario code, neural networks based on infinite assembly calculations are generally used to avoid full-core calculations while dealing with a priori unknown fuel composition. This project creates new reactor models calling explicit 3D diffusion full-core computations with DONJON5. These models require infinite assembly databases previously computed with DRAGON5. Some simplifications and optimizations are necessary before processing hundreds of infinite assembly databases as well as for quick and accurate full-core calculations. The main challenge is to include unknown MOx fuels considering the needed interpolation of every nuclear property in an eight dimensional grid (burnup, enrichment, poison boron concentration, the mass proportion of plutonium 238, 240, 241, 242 and americium 241). On the other hand, UOx fuels require only a three-dimensional grid (burnup, enrichment, boron concentration) which is considerably less challenging in terms of computing time. This project compares the scenario simulation results on both elementary and complex situation with different fuel management options to identify and quantify main sources of error in the neural network approach. Ultimately, the thesis makes several suggestions to improve inventories prediction in CLASS while keeping a relatively low computing time.


identifier: Hosseininasab, S. (2018). Syngas/Photo-Initiated Chemical Vapor Deposition to Modify Single-Walled Carbon Nanotubes  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Dans la présente étude, nous détaillons le développement d'une méthode performante pour la fonctionnalisation de nanotubes de carbone mono-paroi (SWCNTs) à l'aide de dépôt chimique en phase vapeur  photo-initié (PICVD) à base de syngaz (CO+H2) qui se montre efficace pourl'introduction d'une grande variété de groupes fonctionnels en surface. Les résultats mettent en évidence qu'en modifiant les paramètres expérimentaux de pression, de ratio molaire H2/CO, de temps de traitement et de la position du substrat dans le réacteur, la mouillabilité du matériaux peut être finement ajustée en passant d'hydrodophile à super-hydrophobe (que ce soit par modification de la densité des groupes fonctionnels ou encore par modification directe de la topologie de surface). De plus, une étude cinétique du procédé mis en oeuvre a été effectuée en phase gazeuse et en surface afin de comprendre l'effet et le comportement du traitement des SWCNTs, incluant le rôle de la température. Il a été déterminé que le pentacarbonyle de fer (l'impurité la plus abondante dans les cylindres de monoxyde de carbone) joue un rôle crucial dans le procédé puisqu'il est consommé à plus de 94% durant le traitement, contre 0% du CO et du H2 injectés dans le réacteur. Le bilan de matière du syngas/PICVD a été calculé en se basant sur la caractérisation de la phase gazeuse et de la surface des SWCNT. La composition chimique du matériel déposé a été identifiée comme étant du C38H5O43Fe14, avec une principale présence de groupes carboxyliques, hydroxyles, de Fe(CO)n et de Fe(OH)n. Sur la base des analyses et du bilan de masse ontenus, nous suggérons deux mécanismes distincts pour la chimie se déroulant en phase gazeuse (incluant 12 réactions) et en phase de surface (incluant 30 réactions)  ABSTRACT: In the present study, a promising method has been developed to functionalize single-wall carbon nanotubes (SWCNTs) using photo-initiated chemical vapor deposition (PICVD) with syngas (CO+H2) and then applying it to form a full range of functional groups on the surface of the SWCNTs. It was observed that by changing the operating conditions, including pressure, the molar ratio of H2/CO, treatment time, and the position of the substrate inside the reactor, a wide range of wettability (caused either by functionality density or physical roughness of the coating)ranging from super-hydrophilic to super-hydrophobic can be obtained. A kinetic study of the syngas/PICVD process was then performed in both the gas and surface phases to understand the syngas/PICVD behavior in the treatment of SWCNTs. The influence of temperature on this process was also determined to gain more insight about the syngas/PICVD behavior on SWCNT treatment. We found that iron pentacarbonyl, the most common impurity in the carbon monoxide cylinder, played a very important role in this process considering that 94% is consumed during treatment, while at the same time carbon monoxide and hydrogen fed to the reactor was not consumed. The mass balance of syngas/PICVD was calculated based on the gas phase characterizations and surface phase analyses of SWCNTs. The chemical structure of the deposited coating was identified as C38H5O43Fe14 in the majority with mainly carboxylic, hydroxyl, Fe(CO)n, and Fe(OH)n chemical moieties. Based on the analyses and the obtained mass balance, two mechanisms were suggested for the gas phase (including 12 reactions) and surface phase (including 30 reactions) reactions, separately.


identifier: Artz, T. (2019). Caractérisation de la cardiotoxicité induite par la doxorubicine : modélisation avec le modèle CircAdapt  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La chimiothérapie à base de doxorubicine est une des méthodes les plus efficaces pour le traitement de la Leucémie Aigüe Lymphoblastique (LAL) mais sa cardiotoxicité entraîne des séquelles cardiaques aux niveaux morphologique et fonctionnel causant de nombreux types de cardiomyopathies telles que l'insuffisance cardiaque. Les propriétés mécaniques du myocarde peuvent être un indicateur important de la viabilité du tissu et de l'insuffisance cardiaque. Des méthodes d'identification inverse basées sur des données IRM, les pressions intraventriculaires et des modèles éléments finis ont été proposées mais la pression mesurée par cathéter ne pouvait pas être considérée chez les enfants. Une cohorte de 47 volontaires guéris de LAL en rémission depuis plus de 5 ans a été divisée en 3 groupes distincts selon le niveau d'exposition à la molécule : Standard Risk (SR), High Risk (HR) et un groupe High Risk qui a reçu de la dexrazoxane, un agent cardioprotecteur (HRdex). Le modèle numérique paramétré du coeur humain CircAdapt, qui permet la simulation en direct de l'interaction entre les différentes parois du myocarde, peut être associé à des tests d'effort incrémentaux (couplage à une mesure hémodynamique par impédance avec PhysioFlow) et des données par acquisition Cardiaque par Résonnance Magnétique CMR (25 phases du cycle cardiaque) pour personnaliser les propriétés mécaniques de chaque patient. L'objectif de cette étude était de caractériser les changements au sein des propriétés mécaniques du ventricule gauche d'une cohorte de volontaires guéris de LAL selon leur appartenance aux groupes à risque à l'aide du modèle CircAdapt, de données de tests d'effort et d'imagerie CMR. Une analyse de sensibilité par la méthode de Morris a permis d'identifier les entrées les plus influentes du modèle CircAdapt. Ces paramètres ont ensuite été utilisés et optimisés dans une étude d'identification inverse afin de déterminer de manière personnalisée les propriétés cardiaques mécaniques des volontaires en minimisant la différence entre les volumes IRM et ceux obtenus avec CircAdapt. Les résultats ont été analysés à l'aide de tests ANOVA à une voie. L'analyse de sensibilité du modèle CircAdapt montre que la rigidité passive du ventricule gauche (LVS), sa contractilité active (LVC) et la chute de pression artérioveineuse (Pdrop) sont les entrées les plus influentes du modèle. Après identification inverse, aucune différence significative n'a été observée au sein des trois groupes à risque concernant LVS et LVC (p>0.05). Cependant, LVS semble être inférieur et LVC semble supérieur chez le groupe HR en comparaison avec les groupes SR et HRdex, tous les deux presque identiques à la valeur nominale du groupe témoin (CircAdapt). Aucune différence significative n'a été observée sur Pdrop entre les trois groupes (p>0.05) où HR vi semble rester le plus proche de la valeur nominale de CircAdapt alors que SR et HRdex voient leurs valeurs augmenter. Il était attendu que les propriétés actives et passives du ventricule gauche du groupe SR, qui a reçu la dose la plus faible d'anthracyclines, soient similaires à celles des groupes sains. De plus, les résultats concernant le groupe HRdex suggèrent l'efficacité attendue de la dexrazoxane sur les propriétés mécaniques du ventricule gauche. L'augmentation de pression artérioveineuse suggère que le caractère cardioprotecteur de la dexrazoxane a provoqué une compensation de la fonction cardiaque à travers les composants périphériques de la chaîne respiratoire. Parmi les 47 volontaires de la cohorte d'étude, seuls 24 d'entre eux ont montré une optimisation correcte selon le seuil de discrimination choisi, diminuant la puissance des tests statistiques. L'utilisation des données CMR, du modèle CircAdapt et des tests PhysioFlow permet ainsi de quantifier de manière personnalisée les propriétés mécaniques du ventricule gauche à l'aide d'un procédé d'identification inverse et du modèle CircAdapt.  ABSTRACT: Acute Lymphoblastic Leukemia (ALL) is currently treated using doxorubicin-based chemotherapy, which effectiveness has been proven. However, it induces a wide spectrum of dose-dependent cardiotoxicity affecting the myocardium at both morphological and functional levels. The mechanical properties of the myocardium could be adequate indicators of the tissue's viability. Reverse identification methods based on MRI, intraventricular pressure measurements and finite element models were proposed but the pressure measured by catheter cannot be considered in children. Forty-seven ALL cured volunteers were prospectively included and divided into 3 groups according to their exposition risk to doxorubicin: standard risk (SR), high risk (HR) and high-risk group who received dexrazoxane, a cardioprotective agent (HRdex). The parameterized numerical model CircAdapt, which enables live simulation of the interaction between the different walls of the myocardium, can be associated to exercise tests (impendence coupled measure using PhysioFlow) and CMR data to personalize tissue's properties. The objective of this study was to characterize subtle changes in the mechanical properties of the left ventricle in a cohort of childhood ALL cured volunteers according to their prognostic risk using the CircAdapt model combined to exercise tests data and cine-MRI images. A sensitivity analysis of the CircAdapt model was performed using the Morris method to identify the most influencing parameters. These parameters were then included in an optimization problem to personalize the cardiac mechanical properties from the minimization of the difference between the MRI volumes and the CircAdapt estimated volumes. A one-way ANOVA was performed on the optimized parameters to compare the risk groups. The sensitivity study of the CircAdapt model showed that the left ventricle stiffness (LVS), the left ventricle contractility (LVC) and the arteriovenous pressure drop (Pdrop) were the most influencing parameters. No significant differences were observed on LVS and LVC between the three groups (p>0.05) in the reverse identification study. However, LVS tends to be smaller while LVC tends to be higher in HR group as compared to SR and HRdex that both are almost identical and the closest to the and “CircAdapt healthy groups”. No significant differences were observed on Pdrop between the three groups (p>0.05). The HR group appears to be the closest to the nominal values of CircAdapt while increasing for SR and HRdex groups. Both passive and active mechanical properties of the left ventricle of the SR group, who received the lowest dose of anthracycline, were expected to be similar to the ones of healthy volunteers. Moreover, the HRdex group results, who received a cardioprotective agent, are suggesting an expected effectiveness of viii the dexrazoxane on the mechanical properties of the left ventricle. The large increase of the arteriovenous pressure drop in the HRdex group (three time the nominal value) suggested a compensation of the functional condition of the heart by the central nervous system through the peripheral components of the oxygen delivery chain. Among the 47 volunteers, only 24 of them showed reliable optimization results according to the chosen threshold, decreasing the power of the statistical tests. Volumes extracted from cine-MRI images coupled to incremental exercise data and CircAdapt allowed the quantification of the mechanical properties of the left ventricle using a reverse material identification approach based on the CircAdapt model.


identifier: Hatam, F. (2019). Estimation of health risk impact associated with sustained low pressure events in water distribution systems  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les contaminations dans le réseau de distribution d'eau potable, qu'elles soient intentionnelles ou accidentelles, peuvent avoir un impact négatif sur la santé publique. Cette thèse porte sur la simulation d'intrusions accidentelles dues à des pertes de pression prolongées dans les réseaux. Les distributeur d'eau doivent pouvoir prédire la distribution spatiale et temporelle des contaminants microbiens pendant et après les conditions de pression déficientes (PDC) afin d'identifier les actions correctives appropriées. Des modèles réalistes hydraulique et de qualité d'eau sous conditions PDC, associés à un cadre avancé d'évaluation quantitative du risque microbien (QMRA), peuvent aider les services publics à prendre les mesures appropriées au bon moment pour minimiser le risque d'infection associé à des intrusions accidentelles due à des événements de pression faible / négative.  ABSTRACT: Contamination events in drinking water distribution system, whether intentional or accidental, can adversely affect public health. This study is focused on simulating accidental intrusion events due to sustained pressure losses. Utilities need to understand the spatial and temporal distribution of microbial contaminants during and after pressure deficient conditions (PDCs) to determine adequate remediation actions. Realistic hydraulic and water quality models under PDCs coupled with advanced quantitative microbial risk assessment (QMRA) framework can help utilities to take timely and appropriate action to minimize the infection risk associated with accidental intrusion due to low/negative pressure events.