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Silicon photonic devices and circuits for data-center optical interconnects
No full textGlobal IP traffic will continue to grow in the foreseeable future. Different applications are driving demand for increased capacity such as cloud based services, video streaming services, and big data. Since 2008, most Internet traffic has originated or terminated in datacenters. As a result, datacenters have experienced unprecedented traffic increases, where datacenter traffic will reach more than 20.6 zettabytes by 2021, i.e., 3-fold increase since 2016. In response to demands to support capacity increases, there are significant worldwide research and commercialization efforts that are being directed toward developing high speed intra- and inter-datacenter optical interconnects (DCIs). Different material platforms are used to build optical transceivers including the silicon photonics (SiP) platform. The SiP platform has the potential to build compact, high yield, high performance, and low cost complementary metal oxide semiconductor (CMOS) compatible transceivers. In this thesis, we explore devices and circuits for optical DCIs. This thesis can be divided into three parts. In the first part, we develop and demonstrate passive and active SiP components which are essential in photonic integrated circuits (PICs) for optical transceivers. The first device is a 3-dB beam splitter based on multi-mode interference (MMI), where we present the device design and wafer-scale experimental results. Then, we include subwavelength gratings into an asymmetric MMI to enable compact, large bandwidth, and different splitting ratios. Using cascaded MMIs, we design a C-band polarization beam splitter for coherent PICs, where we demonstrate the advantages of using a cascaded MMI design in improving the device extinction ratio. Next, we present the detailed design and experimental results of a high yield and low insertion loss polarization splitter and rotator. Different variations of this design are demonstrated aiming at different performance metrics and operating bands. Finally, we present a variable optical attenuator based on a Mach-Zehnder interferometer structure where a substrate undercut is added to the design to enable low power consumption. In the second part, we present PICs for 200 Gb/s and 400 Gb/s intra-datacenter optical interconnects. First, a 4-lane SiP transmitter is demonstrated based on four parallel Mach-Zehnder modulators (MZMs). The crosstalk between the four MZMs is studied using small-signal and large-signal modulation. Driving the four MZMs simultaneously, 400 Gb/s aggregate rate can be achieved using relatively low voltage swing and simple digital signal processing (DSP). Then, we explore 200 Gb/s transmitters based on dual parallel multi-electrode MZMs (MEMZMs) to generate the PAM4 signal optically which results in a better signal to noise ratio compared to the electrical generation. Finally, we exploit the other polarization dimension by demonstrating a dual-polarization transmitter in a stokes vector direct detection experiment. More than 200 Gb/s can be achieved using this transmitter which doubles the capacity used for a classical intensity modulation/direct detection system and renders a better scalable approach for bitrates beyond 400 Gb/s. In the last part, we report system-level demonstrations targeting DCI applications. First, we present a single wavelength and polarization PAM4 transmission experiment using state of the art digital-to-analog converters (DACs), analog-to-digital converters (ADCs), and a lithium niobate MZM. Then, we present the first demonstration of a 400 Gb/s transmitter optical sub-assembly (TOSA) on the coarse wavelength division multiplexing (CWDM) grid. The TOSA performance is studied versus several parameters. Results show that we can achieve more than 600 Gb/s over 20 km of single mode fiber (SMF) without optical amplification.Le trafic IP mondial continuera de croître dans un avenir prévisible. Différentes applications génèrent une demande pour une capacité accrue, telles que les services en nuage, les services de streaming vidéo et le ‘big data’. Depuis 2008, la majeure partie du trafic Internet provient ou se termine dans des centres de données. En conséquence, les centres de données ont connu une augmentation de trafic sans précédent, qui atteindra plus de 20.6 zettaoctets d'ici 2021, soit trois fois plus qu'en 2016. Face à la demande d'augmentation de la capacité, d'importants efforts de recherche et de commercialisation sont déployés dans le monde entier pour développer des interconnexions optiques à grande vitesse au sein et entre les centres de données (DCI). Différentes plates-formes matérielles sont utilisées pour fabriquer des émetteurs-récepteurs optiques, notamment la plate-forme photonique silicium (SiP). La plate-forme SiP a le potentiel nécessaire pour construire des émetteurs-récepteurs à haut rendement, haute performance et à faible coût compatibles avec la technologie semi-conducteur à oxyde de métal complémentaire (CMOS).Dans cette thèse, nous explorons des composants et des circuits pour les DCI optiques. Cette thèse peut être divisée en trois parties. Dans la première partie, nous développons et démontrons des composants SiP passifs et actifs essentiels aux circuits intégrés photoniques (PIC) pour émetteurs-récepteurs optiques. Le premier composant est un séparateur de faisceau 3-dB basé sur l’interférence multimodale (MMI), pour lequel nous présentons la conception et les résultats expérimentaux à l’échelle de la plaque de silicium (wafer). Ensuite, nous incluons des réseaux sub-longueur d'onde dans un MMI asymétrique afin de permettre un format compact, une large bande passante et différents ratios de division. En utilisant des MMI en cascade, nous concevons un séparateur de polarisations dans la bande C pour les PIC cohérents, où nous démontrons les bénéfices d’une conception MMI en cascade pour améliorer le ratio d’extinction du composant. Ensuite, nous présentons la conception détaillée et les résultats expérimentaux d’un séparateur-rotateur de polarisation haut rendement et à faible perte d’insertion. Plusieurs variantes de cette conception sont présentées, visant différentes mesures de performance et bandes d’opération. Enfin, nous présentons un atténuateur optique variable basé sur une structure d'interféromètre Mach-Zehnder, dans lequel une sous-coupe de substrat est ajoutée pour permettre une faible consommation de puissance.Dans la seconde partie, nous présentons des circuits intégrés photoniques pour interconnexions optiques intra-centres de données à 200 Gb/s et 400 Gb/s. Tout d'abord, un émetteur SiP à quatre voies basé sur quatre modulateurs Mach-Zehnder (MZM) en parallèle est démontré. La diaphonie entre les quatre MZM est étudiée en utilisant une modulation à petite et grande amplitude. En utilisant simultanément les quatre MZM, il est possible d’atteindre un débit agrégé de 400 Gb/s en utilisant une tension de commutation d’amplitude relativement basse et un traitement de signal numérique (DSP) simple. Ensuite, nous explorons des émetteurs à 200 Gb/s basés sur des MZM à électrodes multiples double-parallèles (MEMZM) pour générer le signal PAM4 de manière optique, ce qui permet d’obtenir un meilleur rapport signal/bruit par rapport à la génération électrique. Enfin, nous exploitons l’autre dimension de la polarisation en démontrant un émetteur à double polarisation dans une expérience de détection directe basée su les vecteurs de Stokes. Cet émetteur permet d'atteindre plus de 200 Gb/s, ce qui double la capacité d’un système à modulation d'intensité/détection directe classique et constitue une approche plus extensible pour les débits binaires 400 Gb/s
Direct manipulation for musical interfaces based on visual software: design and evaluation
No full textWith the popularization of mobile computing and software-distribution platforms like the Apple Store and Google Play, a plethora of remarkable software-based musical interfaces with dynamic visual feedback are being designed today. Recent examples such as the Loopy, the Borderlands, the Ocarina illustrate that powerful visual interfaces are capable of captivating amateur and expert musicians alike by making music manipulation more direct and straightforward.However, while successful examples are available, effectively designing such direct interfaces remains challenging, typically proceeding “as more art than science”. For example, unlike acoustic instruments, sound production is physically decoupled from input controls, yielding infinite possibilities for mapping. Moreover, increasing ease-of-use for novices can lead to toy applications that disinterest experts. Finally, analyzing successful crafts remain unusual, and little music interface research is being carried to better understand these interfaces.This thesis attempts to understand these musical interfaces better, aiming at providing empirical evidence to inform their design and evaluation. Borrowing from human-computer interaction research, I hypothesize that one effective strategy concerns adopting an interaction model known as direct manipulation–characterized by continuous visual representation of the object of interest, physical actions to manipulate the visual representations, rapid visual feedback, and incremental and easily reversible actions. To investigate this hypothesis, I report exploratory case studies where direct manipulation is designed and evaluated in three specific contexts of music tools: a) live looping tools; b) tools for creating interactive artistic installations; and c) music authoring tools. As a result, I introduce three novel software music tools: Voice Reaping Machine; ZenStates; and StateSynth. Finally, I present a set of interface design strategies and evaluation approaches for effectively designing direct manipulation in musical interfaces based on visuals.Grâce à la popularisation des plateformes d’informatique mobile et de distribution de logiciels, telles que l’Apple Store et Google Play, de nombreuses interfaces musicales basées sur des logiciels avec retour visuel sont en cours de conception. Des exemples récents tels que Loopy, Borderlands et Ocarina montrent que de puissantes interfaces logicielles visuelles sont capables de captiver autant les musiciens amateurs que les experts, tout en fournissant une manipulation musicale plus directe.Bien que certains exemples soient disponibles, il demeure difficile de conceptualiser de telles in- terfaces directes, puisque l’accent est porté davantage sur “l’art plutôt que la science”. Par exemple, contrairement aux instruments acoustiques, la production du son est physiquement découplée des commandes d’entrée, offrant ainsi des possibilités infinies de mappage. De plus, la facilité d’accès et d’utilisation grandissante pour les novices peut conduire à des applications ressemblant plutôt à des jouets, ce qui désintéresse les experts. Enfin, l’analyse des interfaces musicales existantes reste inhabituelle et peu de recherches sont menées afin de mieux comprendre ces interfaces.Cette thèse a pour objectif de mieux comprendre ces interfaces musicales dans le but de fournir des bases empiriques qui informeront les principes entourant leur conception et leur évaluation. Tout en me basant sur les recherches conduites dans le domaine de l’interaction personne-machine, je propose l’hypothèse qu’une stratégie efficace consiste à adopter un modèle d’interaction appelé manipulation directe (MD) caractérisé par une représentation visuelle continue de l’objet en ques- tion, des actions physiques pour manipuler les représentations visuelles, un retour visuel rapide, et des actions incrémentales facilement réversibles.Afin d’étudier cette hypothèse, je présente des études de cas exploratoires au sein desquelles la MD est conçue et évaluée selon trois contextes spécifiques reliés à des outils musicaux: a) outils de bouclage en temps réel; b) outils de création d’installations artistiques interactives; et c) outils de création musicale. En conséquence, je présente trois nouveaux outils logiciels de musique: le Voice Reaping Machine; le ZenStates; et le StateSynth. Enfin, je présente un ensemble de stratégies de conception d’interface et d’approches d’évaluation permettant de conceptualiser efficacement la MD pour les interfaces musicales logicielles
Social context has no clear impact on semantic and pragmatic processing, and does not differentially impact healthy individuals according to the AQ scores
No full textAbstractIndividuals behave differently depending on whom they are with. A previous study suggested that the amplitude of Event-related potentials (ERPs) elicited by a simple memorization task depended on the social context. The goal of the current study was to see whether the social context effects would hold when a semantic and pragmatic decision task was used. A secondary goal was to see whether the social context effects would be modulated by the degree of social cognitive skills, which we assessed using the severity of autistic traits in healthy participants. We recorded the event related potentials (ERPs) of individuals who were tested alone (n=50) or with a friend (n=50) while completing a semantic task with stories ending either coherently, equivocally (i.e., with humour, irony or lies) or incoherently. Individuals were median split into high- and low-Autism Quotient groups. There was no impact of social context on the ERPs nor any interaction with Autism Scores. Given the lack of significant results, we explored whether Autism scores by themselves had an effect on the N400 and P600. There was a small effect of Autism on the N400- and on the P600- effect, at a few electrode sites. However, the relationship between Autism Scores and ERPs did not hold with correlational analyses. Therefore, there is no clear impact of social context and autism on ERPs of healthy participants in a semantic reaction time task.RésuméLes individus se comportent différemment en fonction de leur entourage au moment présent. Une première étude a suggéré que les potentiels évoqués (PE) induit par une simple tâche de mémorisation seraient influencé par le contexte social. L’objectif de la présente étude était de tester si l’effet du contexte social persisterait dans le cadre d’une tâche de prise de décision sémantique et pragmatique. Un second objectif était d’observer si le niveau d’habilité cognitive et social modulait l’effet du contexte social. Ce niveau d’habilité social fut évalué par le degré de sévérité des traits autistiques chez des participants en bonne santé. Les potentiels évoqués on été enregistré à partir de participants testé soit seul (n=50) ou soit avec un ami (n=50). La tâche sémantique qui leur fut attribuée portait sur de courtes histoires dont la fin était soit cohérente, soit ambiguë (humour, ironie ou mensonge), ou incohérente avec le début de l’histoire. Les participants ont été divisé en deux groupes selon la médiane: faible- et fort- autistique quotient (score). Les analyses des résultats n’ont montré aucun impact du contexte social sur les potentiels évoqués, ni aucune interaction avec le score autistique. Due au manque de résultat significatif, nous avons cherché à explore si le score autistique pouvait avoir eu un effet sur la N400 et la P600. Un faible effet du score autistique sur la N400 et P600 a été observé sur certaines électrodes. Cependant, après plusieurs analyses, aucune corrélation entre les scores autistiques et les potentiels évoqués (N400 et P600) n’ont été trouvés. De ce fait, il n’y a aucun clair impact du contexte social et de l’autisme sur les potentiels évoques d’une population non clinique dans le cadre d’une tache sémantique mesurant les temps de réaction
Social network characteristics among adolescents at risk of obesity: a pilot study
No full textABSTRACTContext: Youth obesity has become a global epidemic. Identification of modifiable determinants is needed to develop effective prevention strategies. The Socio-Ecological Model suggests that physical and social environments can both support and inhibit behaviours related to healthy weight. Aspects of one’s personal social network (e.g. size, mode of interactions with contacts, and mean age of network members) might influence health outcomes, such as adiposity in adolescents. Social Network Analysis (SNA) is a conceptual framework, which allows us to investigate the potential relationship of social network characteristics on health-related outcomes. To this end, we developed a questionnaire designed to measure the personal social networks of adolescents and conducted a pilot study.Objective: The main objectives were to describe the structure and characteristics of adolescents’ social networks and to examine whether patterns emerged in relation to adiposity. Methods: We conducted a SNA pilot study nested within the QUALITY study, an ongoing longitudinal study, established in 2005 and designed to investigate the natural history of obesity in Quebec, Canada (n = 630 at baseline). Data were obtained from 46 adolescents during the 3rd phase of data collection when participants were aged 15-17 years old. The outcome was participant’s total body fat percentage measured by Dual-energy X-ray Absorptiometry (%BF). With respect to the SNA data collection, participants (egos) identified up to 10 friends (alters) with whom they discussed important matters. Participants also reported both their own and perceived alters’ lifestyle behaviours, and connections between alters. Characteristics of alters were combined to create the following indicators of support and encouragement: Positive role models (friends who often or sometimes participated in physical activities and eating healthy food), of cheerleaders (positive role models who often or sometimes encouraged the ego to be physically active) and negative role models (friends who rarely or never participated in physical activity and who rarely or never ate healthfully). For each indicator, proportions were computed for each ego network. Analysis: Descriptive statistics were generated for all variables, including network- and ego-level variables. Correlations were computed between all variables, and notably with the outcome, %BF. Sex-specific multilinear regression analyses were performed to further explore the relationship between potential network features and adiposity. Results: The final analytical sample included 28 boys and 16 girls with an average age for both of 16.3 years, and a total of 207 alters. The average %BF was 19.8% for boys and 34.2% for girls. The average proportion of cheerleaders in the network of boys was on average 0.23 and for girls an average of 0.14. Among boys, each increase in tertile of cheerleaders was associated with a decrease in the %BF by almost 8%. In contrast, a modest positive association was observed in girls.Conclusion: Perceived behaviours and encouragement of friends may be associated with adiposity in high-risk youth, but this relationship appears to differ between adolescent boys and girls. Although longitudinal investigations are needed, these preliminary findings suggest that leveraging social networks to enhance lifestyle interventions likely need to be sensitive to gender-based beliefs.Keywords: Obesity, adolescents, pilot study, questionnaire, weight-related lifestyle behaviours, friends, social network.RÉSUMÉ: Contexte: L'obésité chez les jeunes est devenue une épidémie mondiale. L'identification de facteurs modifiables est nécessaire pour développer des stratégies de prévention efficaces. Le modèle socio-écologique suggère que l’environnement physique et social peut à la fois promouvoir et entraver l’adoption d’habitudes reliées à un poids santé. Certaines caractéristiques des réseaux sociaux personnels (ex. la taille du réseau, le mode d'interaction entre chaque personne et la moyenne d`âge des membres du réseau) pourraient influencer sur la santé, incluant l'adiposité chez les adolescents. L'analyse de réseaux sociaux (SNA) est un cadre conceptuel qui permet d’étudier ces caractéristiques, en identifiant les contacts sociaux (alters) des individus (egos) et en décrivant les egos et les alters, et les liens entre ego-et-alter et entre alter-et-alter. À cette fin, nous avons développé un questionnaire pour mesurer les réseaux sociaux personnels des adolescents et avons mené une étude pilote. Objectif: Les objectifs principaux étaient de décrire la structure et les caractéristiques des réseaux sociaux d’amis des adolescents et d’explorer les associations possibles avec l’adiposité. Méthodes: Cette étude pilote est imbriquée dans l'étude QUALITY, une étude longitudinale, établie en 2005 et conçue pour étudier l'histoire naturelle de l'obésité au Québec, Canada (n = 630 au départ). Les données du projet pilote ont été obtenues auprès de 46 adolescents (âgés entre 15 à 17 ans) au cours de la 3e phase de collecte de données de l’étude QUALITY. L’issue d’intérêt était le pourcentage total de gras corporel des participants (%GC), mesuré par absorptiométrie biphotonique à rayons X. Pour la collecte des données deSNA, les participants (egos) ont identifié jusqu'à 10 amis (alters) avec qui ils ont discuté de sujets qui leur étaient importants; puis ont rapporté les caractéristiques sur leur propre mode de vie, sur leur perception du mode de vie des alters, et enfin sur les liens entre les alters. Des indicateurs de soutien social et d’encouragement ont été créés en utilisant certaines caractéristiques des alters: les modèles positifs (amis ayant été souvent ou parfois physiquement actifs et mangé sainement), les cheerleaders (modèles positifs ayant souvent ou parfois encouragé l'ego à être physiquement actif) et les modèles négatifs (amis ayant été rarement ou jamais physiquement actifs et ayant rarement ou jamais mangé sainement). Pour chacun des indicateurs, la proportion dans chaque réseau social a été calculée. Analyse: Des statistiques descriptives ont été générées pour toutes les variables, y compris les variables au niveau du réseau et de l'ego. Des corrélations Spearman ont été calculées pour toutes les variables, et notamment pour le %GC des participants. Enfin, nous avons effectué des analyses de régression linéaire stratifiées par sexe afin d'explorer la relation potentielle entre le réseau social réseau et le %GC. Résultats: L’échantillon analytique finale comprenait 28 garçons et 16 filles, avec une moyenne d’âge de 16.3 ans, et un total de 207 alters. La moyenne du %GC était de 19.8% chez les garçons et de 34.2% chez les filles. La moyenne de proportion des «cheerleaders» dans le réseau social des garçons était de 0.23 et de 0.14 chez les filles. Chez les garçons, chaque augmentation du tertile des « cheerleader » était associée à une diminution du %GC de près de 8 %. En revanche, une association positive modeste a été observée chez les filles. Conclusion: Notre étude pilote suggère que les comportements perçus et l'encouragement des amis pourraient être associés à l'adiposité chez les jeunes à risque d’obésité, mais cette relation semble différer entre les garçons et les filles. Bien que des études longitudinales soient nécessaires, ces résultats préliminaires suggèrent que l'utilisation des réseaux sociaux pour améliorer les interventions liées au mode de vie doit probablement tenir compte des aspects liés au genre
Ultrasound technology in human internal organ motion tracking: An application in non-invasive respiratory monitoring
No full textProlonged monitoring of breathing under different physical conditions is important in many applications, either for personal health tracking or in hospitals. Ultrasound technology has been used widely for imaging and diagnosis of the human body. In this dissertation, we introduce the use of the ultrasound for human respiratory monitoring. The proposed system measures the heart and respiration rates by capturing ultrasound reflections from the heart and surrounding organs. This system is based on ultrasound M-mode to measure the Time of Flight (TOF), amplitude and phase of reflected ultrasound waves generated by piezo transducers. Respiratory and heart rate signals are obtained by tracking the motion of the heart during tidal breathing. Practical tests applied to six subjects exhibited 94.5% sensitivity and 94.0% specificity in respiration detection compared to an SPR-BTA spirometer signal as a reference, and an average accuracy of 96.7% in heartbeats per minute (BPM) measurement.The respiratory waveform obtained from the diaphragmatic motion of the heart contains errors when a subject is moving. Hence, instead of monitoring the diaphragm motions indirectly from the heart, we have tried to find the best place to monitor the diaphragm motions directly. The best place is the zone of apposition (ZOA) which is the area of the diaphragm encompassing the cylindrical portion. The sensor has been placed between ribs 8 and 9 at the mid-axillary line to see both contraction and relaxation of the diaphragm. Six different tests performed on six healthy adults demonstrated an average respiration detection sensitivity and specificity of 84% and 93%, respectively. All tests consisted of body motions, different breathing rate and patterns, apnea and breath-holds simulations. Respiratory waveforms were aected by skin movement artifacts when the sensor is placed in front of rib cage. A sensor with an array of three transducers was designed to compensate the error in a way that at least one out of three transducers is able to track the diaphragm muscle movements. The effectiveness of this procedure has been verified in a comprehensive test including body motions and different sleep positions. The designed low-power and low-complexity prototype delivers accurate respiratory signal tracking. The system can be integrated into a small size wearable device. The sensor is made of a flexible hybrid printed circuit, enabling the conformal sensor interface to the human skin. The proposed sensor is examined against the spirometer output, which is the gold standard in all tests.La surveillance prolongée de la respiration dans différents états physiques est importante dans plusieurs applications pour le suivi de la santé ou dans les hôpitaux. La technologie des ultrasons a été largement utilisée pour l’imagerie et le diagnostic du corps humain. Dans cette dissertation, nous introduisons l’usage des ultrasons pour la surveillance de la respiration humaine. Le système proposé mesure les rythmes respiratoire et cardiaque en capturant les réflexions des ultrasons par le cœur et les organes environnants. Ce système est basé sur les ultrasons en mode M et mesure le temps de vol (TDV), l’amplitude et la phase des ondes ultrasoniques réfléchies générées par des transducteurs piézoélectriques. Les signaux des rythmes respiratoire et cardiaque sont obtenus en suivant le mouvement du cœur durant la respiration courante. Les essais pratiques effectués sur six sujets ont démontré une sensibilité de 94.5 % et une spécificité de 94.0 % par rapport à un spiromètre SPR-BTA utilisé comme référence et une exactitude moyenne de 96.7 % dans la mesure de battements de cœur par minute (BPM).La forme d’onde obtenue à partir du mouvement diaphragmatique du cœur contient des erreurs lorsque le sujet est en mouvement. Donc, au lieu de surveiller le mouvement du diaphragme indirectement à partir du cœur, nous avons tenté de trouver la meilleure position pour surveiller le mouvement du diaphragme directement. Cette position est la zone d’apposition (ZA) qui est la région du diaphragme comprenant la portion cylindrique. Le capteur était placé entre les côtes 8 et 9 sur la ligne médio-axillaire pour capter à la fois la contraction et la relaxation du diaphragme. Six essais différents effectués sur six adultes en bonne santé ont démontré respectivement une sensibilité et une spécificité de détection de la respiration de 89 % et de 93 %. Tous les essais comprenaient des mouvements du corps, des rythmes et profils de respiration différents et des simulations d’apnée et de rétention de la respiration.Les formes d’onde de la respiration étaient affectées par les artéfacts du mouvement de la peau lorsque le capteur est placé devant la cage thoracique. Un capteur avec un arrangement de trois transducteurs a été conçu pour compenser les erreurs de sorte qu’au moins un des trois transducteurs puisse suivre le mouvement musculaire du diaphragme. L’efficacité de ce procédé a été vérifiée par une étude complète, y compris des mouvements du corps et diverses positions de sommeil.Le prototype conçu, de faible puissance et complexité, transmet un signal respiratoire très exact. Le système peur être intégré dans un dispositif portable de petite taille. Le capteur est conçu de circuits imprimés hybrides flexibles, permettant au capteur de se conformer à la peau humaine. Le capteur proposé est examiné par rapport au spiromètre, l’étalon de référence pour tous les essais
Understanding the lived experiences of adolescents living with chronic pain: the implications of personal and social development
No full textContext: Chronic pain (CP) negatively impacts everyday functioning resulting in significant physical and psychosocial stress and is a prevalent global issue. CP is mainly studied among adults; however, CP impinges on paediatric populations as well. Adolescence is a pivotal developmental period during which adolescents establish their personal and social identity; however, CP often interferes with this process. The majority of research studies conducted on CP patients are quantitative and explore CP through a primarily biomedical framework. However, research focusing on the barriers and facilitators contributing to the subjective CP experience is now shifting away from a predominately biomedical perspective over to one more inclusive of a biopsychosocial approach. The study that I am proposing is qualitative in nature and is based on patient-researcher interviews in order to gain insight into the lived experiences of adolescents suffering from CP.Objective: To gain insight into and capture the voices of adolescents (14-17 years old, inclusively) living with CP to highlight the intricate ways in which CP affects both their personal and social life. Findings: Findings revealed that factors facilitating personal growth among adolescents living with CP include processes that allow the individual to regain a sense of control over their life: occasionally disconnecting from reality to restore an internal sense of normalcy, recognizing which factors are within control (the psychological and not the physical), and re-engaging with reality in a way that is meaningful to them (actively seeking out a future that they envision). Factors interfering with personal growth relate to fixating on a purely biomedical approach of diagnoses and cures: facing the unpredictable nature of CP (which interferes with their plans, routines, and activities) and uncertain nature of CP (i.e.: the lack of answers with which medical professionals can provide). Factors improving one’s social belonging, sense of acceptance, and engagement in social settings include having supportive family, friends, and/or healthcare staff that understand both the world of pain and adolescence. Barriers impeding social development include feeling different or abnormal relative to peers (in the sense that they are less independent, their priorities and maturity level differ from other adolescents their age, and they feel lonely due to CP causing them to miss many social opportunities) and lacking accommodations in social and educational settings (due to facing disbelief, schools lacking proper resources to accommodate their needs, and feeling too ashamed to ask for help). Conclusion and future directions: In showcasing the subjective adolescent CP experience, I hope the findings from this study will contribute to informing the practices of paediatric/adolescent CP management and rehabilitation clinics and school accommodation centres in order to better understand and assist these adolescents throughout their journey living with CP.La douleur chronique (DC) a des impacts négatifs sur le fonctionnement du corps au quotidien, entraînant un stress physique et psychosocial important et devenant un problème mondial croissant. La DC est principalement étudiée chez les adultes. Cependant, la DC est également présente et répandue dans les populations pédiatriques (enfants et adolescents). L’adolescence est une période charnière du développement au cours de laquelle l’individu établit son identité personnelle et sociale. Or, la DC interfère souvent dans ce processus tant sur le plan psychologique et social. La majorité des études de recherche menées sur les patients atteints de DC sont quantitatives et explorent la DC dans une cadre essentiellement biomédical. Cependant, la recherche axée sur les obstacles et les facilitateurs qui contribuent à l’expérience subjective de la DC est en train de passer d’une perspective essentiellement biomédical à une approche biopsychosocial de plus en plus inclusive.L’étude que je propose est de nature qualitative (principalement basée sur des entrevues entre des patients et des chercheurs) afin de mieux comprendre les expériences personnelles vécues par les adolescents atteints de DC. L’objectif de cette étude est de recueillir les voix des adolescents (de 14 à 17 ans, inclusivement) qui sont prêts à partager leurs expériences et à démontrer comment la DC a changé le cours de leur vie personnelle et leur vie sociale. En mettant en valeur l’expérience subjective de la DC chez les adolescents, j’espère que les résultats de cette étude contribueront à éclairer les pratiques des cliniques pédiatriques de gestion de la DC, d’autres programmes de réadaptation de la DC, et des centres d’hébergement scolaire afin de mieux comprendre comment aider ces adolescents souffrant de DC. Les résultats ont révélé que les facteurs facilitant la croissance personnelle chez les adolescents vivant avec la DC comprennent les processus qui aident l’individu à reprendre le contrôle de sa vie: prendre le temps de se débrancher pour rétablir un sens interne de normalité, changer sa perspective pour se concentrer sur ce qu’il peut contrôler (le psychologique et non le physique), et reprendre un engagement envers la réalité qui est important pour lui (par exemple, envisager un futur qu’il veut). Les facteurs que interferent avec la croissance personnelle sont la fixation sur la recherche d’un diagnostic concret et d’une solution permanente. Ces facteurs comprenne l’imprévisbilité de la douleur (qui nuit à leurs activités, plans, et routines) et l’incertitude de la douleur (c.-à-d. l’absence de réponses que les professionnels de la santé peuvent fournir). Les facilitateurs qui améliorent l’appartenance, le sentiment d’acceptation, et l’engagement d’une personne dans un milieu social comprennent le fait d’avoir des amis ou du professionnels de la santé qui comprennent à la fois le volet douleur et le volet adolescence. Les obstacles au développment social, quant à eux, comprennent le sentiment d’être different ou anormal par rapport aux autres adolescents (en ce sens qu’ils sont moins indépendants, que leurs priorités et leur niveau de maturité diffèrent de ceux des autres adolescents de leur âge, et qu’ils se sentent seuls parce que leur DC leur fait manquer de nombreuses occasions sociales), ainsi que le manqué de logement à l’école ou chez leurs amis (à cause de leur manque de confiance et de ressources adéquates pour satisfaires leurs besoins et de l’honte trop forte de demander de l’aide)
Transport potential of anionic, cationic, and zwitterionic per-and polyfluoroalkyl substances (PFASs) through a saturated porous medium
No full textPer- and polyfluoroalkyl substances (PFASs) have been detected globally in groundwater, surface water, sediment and soil, atmosphere, biota, and humans for the past two decades. A new class of emerging contaminants of concern, its production phase-out and regulated use still do not cease its use in Aqueous Film-Forming Foam (AFFFs) formulated to combat hydrocarbon fuel fires. It is worth noting that this class of fluorinated surfactants does not degrade easily to less recalcitrant forms in the environment, and has shown persistent, bioaccumulative and toxic properties. New structures of PFASs with hydrocarbon functionalities, potential precursors perfluoroalkyl acids (PFAAs), continue to be discovered and detected across various environmental compartments, which has led researchers to believe that the current risk assessment is not adequate. Though the environmental fate and behaviors of persistent PFAAs have been well studied, not much is known about the mobility of new cationic and zwitterionic PFASs in the environment. Understanding the movement of the plume of different types of PFAS is critical in developing effective site management and remediation strategy.In the study, the importance of the combined effects of electrostatic and hydrophobic interactions for the mobility of PFAS through negatively charged quartz sand columns is demonstrated. Transport experiments reveal that when occurring as single solutes, long-chain anionic PFAAs experience moderate retardation mainly due to hydrophobic effect, while short-chain PFAAs exhibit no retardation. Zwitterionic PFAS existing in the neutral form exhibit greater retardation, probably also via hydrophobic interactions while cationic PFAS are attenuated completely within the column, owing to strong electrostatic and hydrophobic interactions with sand. However, multi-solute experiments with all 10 PFASs including long-chain PFAAs, zwitterionic and cationic types of PFAS allows one cationic PFAS to elute but enhances the retardation of long-chain PFAAs. Zwitterionic PFAS, on the other hand, elute out faster in multi-solute experiments than in single-solute tests. The role of Ca2+ as an inorganic co-solute in the transport experiments was investigated. Ca2+ aides in neutralizing the negative charge of the sand to an extent, which results in leaching of both cationic PFASs. Reduction of negative charge of sand surface coupled with cation-bridging effects increased the attenuation of long-chain PFAAs and zwitterionic PFAS. Additionally, batch experiments support these findings of the column experiments.The findings from the bench-scale column studies indicate the strong need to address the sorption mechanisms of these newly detected PFASs through actual subsurface scenarios where organic contaminants exist as a contaminant pool of “dark matter”. The probe further into the surface interaction mechanisms for the novel structures will allow for the development of an appropriate site conception model.Des substances per- et polyfluoroalkyles (PFAS) ont été détectées dans le monde entier. Au cours des deux dernières décennies, ils ont été retrouvées dans les eaux souterraines, les eaux de surface, les sédiments et le sol, l'atmosphère, et chez plusieurs espèces vivantes, incluant l'homme. Son usage est aujourd’hui réglementé, toutefois elle fait toujours partie intégrante de la formulation de mousses anti-incendie aqueuses de type AFFF (Agent formant un film flottant) qu’on retrouve sur les sites d’entrainement anti-incendies et dans les fluides d'aviation. Des preuves ont été apportées démontrant que cette classe de tensioactifs fluorés est difficilement dégradable dans l'environnement et qu’elle possède des propriétés pouvant engendrer une persistance environnementale, une bioaccumulation et une toxicité élevées. De nouvelles structures de PFAS avec des fonctionnalités d'hydrocarbures se dégradant pour former des acides perfluoroalkyliques persistants (PFAA) ne cessent d'être découvertes et détectées dans divers compartiments environnementaux. Cette situation amène les chercheurs à penser que les options actuelles d'évaluation des risques et de remédiation ne sont pas adéquates. Bien que les scientifiques aient étudié de manière approfondie le devenir et le comportement des acides perfluoroalkyliques persistants (PFAA), on en sait peu sur la mobilité des nouveaux PFAS cationiques et zwitterioniques dans l’environnement, qui sont des précurseurs potentiels des PFAA. Comprendre le mouvement d'un panache synergique de différents types de PFAS permettra d'élaborer une stratégie de remédiation efficace. Dans cette étude, nous avons démontré l’importance des effets combinés des interactions électrostatiques et hydrophobes sur la mobilité des PFAS à travers des colonnes de sable de quartz chargé négativement. Les expériences de transport ont révélé que, lorsqu'ils sont présents sous forme de solutés simples, les PFAA anioniques à longue chaîne présentent un retard modéré, principalement dû à des interactions hydrophobes, alors que les PFAA à chaîne courte n'en présentaient aucun. Les PFAS zwitterioniques existant principalement sous forme neutre, présentent un retard plus important, probablement également via des interactions hydrophobes, alors que les PFAS cationiques sont complètement retenus dans la colonne, possiblement dû à de fortes interactions électrostatiques et hydrophobes avec le sable. Des expériences multi-solutés en présence de tous les types de PFAS existant ont permis de démontrer l’élution des PFAS cationiques, toutefois un retard accru des PFAA anioniques à longue chaîne a été observé. Les PFAS zwitterioniques, quant à eux, éluent plus rapidement dans les expériences multi-solutés.Le rôle de Ca2+ en tant que co-soluté inorganique dans les expériences de transport a également été étudié. Les résultats de ces expériences ne nous ont pas permis de tirer de conclusions quantitatives. Cependant, le Ca2+ a contribué à neutraliser la charge négative sur le sable, permettant l’élution des deux PFAS cationiques. La réduction de la charge négative sur le sable, associée aux effets de pontage des cations, a accru la rétention des PFAA à longue chaîne et des PFAS zwitterioniques. De plus, des expériences par lots à petite échelle ont corroboré ces découvertes tirées des expériences sur colonne.Les résultats des études de colonne en laboratoire indiquent la nécessité de s'attaquer aux mécanismes de sorption de ces PFAS nouvellement détectés par le biais d’études de scénarios souterrains réels dans lesquels des contaminants organiques existent en tant que concentration de contaminants de « matière noire ». Cette découverte concernant l'influence combinée des interactions électrostatiques et hydrophobes permettra aux chercheurs d'approfondir leur compréhension des mécanismes d'interaction de surface avec les nouvelles structures et conséquemment, de mettre au point un modèle de conception de site approprié
Understanding procrastination in first-year undergraduate students: An application of Weiner’s (1985) attribution theory
No full textUndergraduate students procrastinate their academic tasks on a regular basis with first-year students tending to underestimate the time required to accomplish academic tasks and engaging in high degrees of procrastination. Although procrastination has been widely investigated, the students’ perceived reasons for procrastination and its effects on emotions is lacking. The present exploratory study utilized Weiner’s (1985) attribution theory to examine the relationships between procrastination as well as students’ causal explanations and emotions specific to procrastination. Findings with 429 first-year undergraduates showed students to attribute procrastination mainly to internal and unchangeable factors, and less so to personally controllable factors. Students who attributed procrastination to reasons within themselves tended to report higher levels of negative emotions, with strong direct effects of procrastination on negative emotions also observed. These findings demonstrate the importance of considering students’ causal attributions as potential contributors to their emotional experiences surrounding procrastination and encourage future research to examine the longitudinal relations between procrastination, attributions, and emotion outcomes.Les étudiants de premier cycle universitaire procrastinent régulièrement sur leurs tâches académiques. Les étudiants de première année, en particulier, ont tendance à sous-estimer le temps requis pour leurs tâches académiques et tendent à procrastiner de manière importante. Bien que la procrastination ait fait l’objet de nombreuses recherches, les raisons pour lesquelles les étudiants procrastinent et leurs effets sur les émotions sont peu connus. La présente étude exploratoire a utilisé la théorie d’attribution de Weiner (1985) afin d’examiner les relations entre la procrastination, les explications causales des étudiants, ainsi que les émotions spécifiques reliées à la procrastination. 429 étudiants de première année au premier cycle universitaire ont participé à cette étude. Les données récoltées auprès de ces étudiants ont démontré que les étudiants attribuaient la procrastination principalement à des facteurs internes et non modifiables et moins à des facteurs contrôlables personnellement. Les étudiants qui attribuent la procrastination à des raisons intrinsèques ont tendance à signaler des niveaux plus élevés d’émotions négatives, avec des effets directs importants de la procrastination sur les émotions négatives. Ces résultats démontrent l’importance de considérer les attributions causales des étudiants comme des contributeurs potentiels à leurs expériences émotionnelles autour de la procrastination et encouragent les recherches futures à examiner les relations longitudinales entre procrastination, attributions et résultats émotionnels
Earthquake dynamic triggering in western Quebec seismic zone
No full textI systematically searched for remotely triggered earthquakes in the WesternQuebec Seismic Zone (WQSZ) following seven Mw >= 6.5 mainshocks with depth<100 km between October 2013 to September 2015 when seismic station coveragewas signicantly increased during the US Transportable Array (TA) deployment period.I looked for directly triggered events on the waveforms and also implementeda matched filter approach to enhance the existing Canada National SeismographNetwork (CNSN) catalog 15 days before and after each mainshock and assessed thechange in seismicity using the β- and Z- statistics. The statistical tests performed onthe enhanced catalog represented a signicant increase in the local seismicity followingthe Mw 6.9 Chipas, the Mw 6.5 Guerrero, and the Mw 7.3 Guerrero earthquakesin Mexico in 2014. The estimated dynamic stress values during the three events withevidence for dynamic triggering are 2.04 kPa, 0.61 kPa, and 2.31 kPa, respectively.No systematic relationship is found between the Peak Ground Velocity (PGV) orthe duration of the mainshock and the elevated seismicity rate. Furthermore, nocorrelation is observed between the spectral amplitude of the surface waves in lowfrequencies (< 0.1Hz) and dynamic triggering. The results from this study showedthat relatively low transient stress (< 5kPa) is capable of triggering events in theWQSZ which might indicate that the preexisting faults in the area are criticallystressed.J'ai systématiquement recherché des tremblements de terre déclenchés à distance dans la zone sismique de l'Ouest du Québec (WQSZ) à la suite de sept tremblements de terre de Mw >= 6.5 avec une profondeur <100 km entre octobre 2013 et septembre 2015, lorsque la couverture des stations sismiques a été augmentée de manière significative pendant le réseau transportable américain (TA) période de déploiement. J'ai recherché des événements directement déclenchés sur les formes d'onde et également mis en œuvre une approche de filtre apparié pour améliorer le catalogue existant du Réseau national de sismographe du Canada (RCNS) 15 jours avant et après chaque choc principal et ai évalué le changement de sismicité à l'aide de β- and Z- statistiques. Les tests statistiques effectués sur le catalogue amélioré représentaient une augmentation significative de la sismicité locale à la suite des tremblements de terre de Mw 6.9 Chipas, the Mw 6.5 Guerrero, et de Mw 7.3 Guerrero au Mexique en 2014. Les valeurs de contrainte dynamique estimées pendant les trois événements avec preuves de déclenchement dynamique, sont respectivement 2,04 kPa, 0,61 kPa et 2,31 kPa. Aucune relation systématique n'a été trouvée entre la vitesse de pointe du sol (PGV) ou la durée du choc principal et le taux de sismicité élevé. De plus, aucune corrélation n’est observée entre l’amplitude spectrale des ondes de surface dans les basses fréquences (<0,1 Hz) et le déclenchement dynamique. Les résultats de cette étude ont montré qu'un stress transitoire relativement faible (<5 kPa) est capable de déclencher des événements dans la WQSZ pouvant indiquer que les failles préexistantes dans la région sont soumises à un stress critique
Effects of defects made by automated fibre placement process on carbon/epoxy composite structures
No full textManufacturers use Automated Fibre Placement (AFP) as a fabrication process for large and complex composite parts. An AFP machine consists of a computer-controlled robotic arm with a head at the end capable of constant placement of uncured pre-impregnated carbon fibres grouped together to form bands called tows. AFP shows great potential to transition from hand layup to an automated technique with a lot of flexibility in terms of fibres orientation, stacking sequence, thickness and allows fibres to be used in double curvature regions. Fibre path scheme is dictated by both part geometry and steering capability to ensure good quality parts. There is a joint effort from engineers of different fields – design, manufacturing, stress – to govern the AFP process, but this method also creates defects which undermine the structural performance of the part. Primary defects observed by the aerospace industry are mis- aligned tows also referred as steered tows: combinations of both side-to-side gaps and overlaps.Corresponding detection methods are labor intensive and time consuming. Proposed in this Thesis is an investigation on the effects of steered tows defects on the mechanical performance of composite structures made with AFP techniques. By varying the orientation, size and number of steered tows defects embedded in carbon-epoxy laminates, their mechanical effects have been examined experimentally in static tension, static compression and cyclic fatigue, and also numerically via Finite-Element Model (FEM) for both static tension and compression. Certification of composite structures remains a challenge because this material is difficult to repair and its performance is difficult to predict.Locally, gaps reduce axial stiffness of laminates without much effect on the global stiffness. Gap density has a linear effect on laminate stiffness while orientation and location have a non-linear effect on laminate stiffness. Overlaps induce waviness on adjacent plies – extra material due to shifted tows – which does not have significant changes on stiffness. Overlaps can locally improve strength of laminates. Combinations of both side-to-side gaps and overlaps show strong out-of-plane waviness influence, making laminate strength prediction much more difficult to assess. In this thesis is used microscopic observations of cured specimens to study the post-cure, post-compaction real geometry of embedded defects and to qualitatively assess the effects of through-the-thickness waviness on the mechanical performance of defects.Side-to-side half gap / half overlap defects are embedded in laminate structures and tested. Compression is found to be much more critical than tension. Defects embedded at 45° and 90° behave similarly, they have the largest knockdown factors. From a microscopic analysis, the real post-cure defect geometry is used in a Finite-Element (FE) model on Abaqus Software to predict the performance of specimens with defects in both static tension and compression. This ply-by-ply FE model assumes that the defects have only an effect on the plies in which they are embedded in the first place while the other plies stay intact. The comparison between experimental results and simulations shows that the FE Model is too conservative when defects are oriented in 0° along the length of the specimens and not conservative when defects are oriented in 45° and 90°. This suggests the assumption was wrong and that the plies without embedded defects also suffer damage from out-of-plane waviness.Les industriels utilisent le placement de fibres automatisé (abrégé AFP pour « Automated Fibre Placement ») comme moyen de production de pièces de grandes dimensions à géométries complexes en matériaux composites. Une machine AFP consiste en un bras articulé robotisé contrôlé par ordinateur qui est capable de régulièrement déposer des bandes de fibres de carbone pré-imprégnées d’époxy. Un groupe élémentaire de fibres est appelé un « tow ». Les techniques AFP ont un grand potentiel pour assurer la transition du placement manuel de fibres vers des techniques automatisées. La qualité de la pièce finie fabriquée en composites dépend grandement du chemin suivi lors du placement de fibres sur un moule. Ce chemin est dicté à la fois par des contraintes géométriques et les capacités de direction/rotation du robot. Des ingénieurs de différents domaines – design, calculs structurels et production – mettent leurs efforts en commun pour contrôler les techniques AFP. Cependant, ces méthodes de production induisent des défauts qui peuvent avoir des effets sur les performances mécaniques d’une pièce en composites. Les défauts les plus couramment rencontrés sont issus de mauvais alignement des fibres aussi appelé « tow steering »: combinaison de gaps et overlaps côte à côte.Les méthodes de détection des défauts sont couteuses en temps et en argent. Cette thèse se propose d’investiguer les effets des défauts de type « tow steering » sur les performances mécaniques de pièces composites fabriquées avec les techniques AFP. En faisant varier l’orientation, la taille et le nombre de défauts introduits dans des coupons, les effets mécaniques sont étudiés expérimentalement en tension statique, compression statique et en fatigue – cycles de tension/compression – ainsi que numériquement au travers de simulations en éléments finis pour les tests en tension statique et compression statique. La certification de structures en matériaux composites constitue un défi car ces matériaux sont difficiles à réparer et leurs performances sont difficiles à prédire.Localement, les gaps réduisent la rigidité du laminé du fait de l’absence de fibres sans pour autant changer la rigidité moyenne globale. La densité de gaps a un effet linéaire sur la rigidité des laminés alors que leur orientation et localisation ont des effets non linéaires. Les overlaps induisent des ondulations des plis adjacents dues à la présence de surplus de matériau. Ces ondulations n’ont pas d’influences importantes sur la rigidité mais davantage sur la résistance aux efforts. La combinaison de gaps et overlaps côte à côte introduit des ondulations hors plans importantes rendant la prédiction de performances mécaniques des laminés encore plus difficile.Des défauts de type « tow steering » c’est à dire des gaps et overlaps côte à côte sont introduits dans des laminés et testés. La résistance à la compression a été trouvée beaucoup plus critique que la résistance à la tension. Les défauts à 45° et 90° de la direction de chargement ont des comportements similaires et leurs facteurs de réduction sont les plus grands. À partir d’une analyse microscopique, la géométrie réelle des gaps et overlaps est modélisée en éléments finis sur le logiciel commercial Abaqus. Ce modèle est sensé prédire les performances mécaniques de laminés avec défauts en tension statique et compression statique. La modélisation pli par pli est basée sur l’hypothèse que les défauts ont seulement un effet sur les plis dans lesquels ils ont été introduits lors de la production alors que les autres plis restent intacts. La comparaison entre les données expérimentales et les résultats de simulations montrent que le modèle est trop conservatif quand les défauts sont orientés à 0° et pas conservatif quand les plis sont à 45° et 90°. Cela signifie que l’hypothèse n’est pas correcte et que les plis fabriqués sans défauts sont affectés par les gaps et overlaps