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Amélioration de la capacité d’adsorption de la clinoptilolite pour l’enlèvement de l’azote ammoniacal de l’eau
No full textL’ammoniaque est un polluant toxique présent dans les eaux usées, qui entraine une dégradation des ressources hydriques et des écosystèmes aquatiques particulièrement. La clinoptilolite est un adsorbant naturel qui permet l’enlèvement de l’ammonium de l’eau. L’étude a consisté à améliorer la capacité d’adsorption de la clinoptilolite vis-à-vis de l’azote ammoniacal, à évaluer l’adsorption et la désorption de l’ammonium, puis explorer son potentiel de réutilisation en agriculture.
La calcination à 200 °C a permis d’augmenter la capacité d’adsorption de la clinoptilolite de 2,32 à 4,66 mg N-NH4 + /g. Les essais expérimentaux ont mis en évidence la forte efficacité de la clinoptilolite activée pour l’adsorption de l’ammonium. Les rendements obtenus varient entre 94 % et 96 % sur une plage de pH comprise entre 3,0 et 10,0. Pour des concentrations initiales en ammonium de 50 à 300 mg/L de N-NH₄⁺, l’efficacité d’adsorption se situe entre 96 % et 97,2 %. En ce qui concerne le temps de contact, près de 80 % de l’ammonium est adsorbé au cours des 30 premières minutes. Enfin, l’application d’une dose optimale (2 g) de clinoptilolite permet d’atteindre une efficacité d’adsorption pouvant aller jusqu’à 95 %. Ensuite, l’étude de relargage de l’ammonium par la clinoptilolite dans des milieux simulant des environnements naturels a montré que la clinoptilolite libère effectivement l’ammonium de manière progressive. Dans le milieu récepteur, initialement exempt d’azote ammoniacal (0 mg/L N-NH₄⁺), une concentration de 4,9 mg/L N-NH₄⁺ est observée après 10 jours, puis atteint un maximum de 92,4 mg/L N-NH₄⁺ au terme de 55 jours. Toutefois, la présence de bactéries nitrifiantes accélère le processus de relargage, ces microorganismes contribuant à la transformation de l’ammonium en d’autres formes d’azote, notamment les nitrites puis les nitrates, assimilables par les plantes. Après 55 jours, la clinoptilolite a libéré environ 23 % de la quantité initiale d’azote qu’elle contenait, ce qui met en évidence la possibilité d’une régénération naturelle et progressive du matériau à long terme. Enfin, l’analyse écotoxicologique a révélé que la clinoptilolite, qu’elle soit naturelle, calcinée et/ou enrichie en azote n’a pas d’effet toxique sur la germination des graines de laitue. Toutefois, une quantité excessive de clinoptilolite dans les milieux de culture peut entraîner des conséquences sur la morphologie des jeunes plantes
Developing hybrid intelligent methods to manage systemic risks in the integration of smart wearables in manufacturing
No full textThe increasing integration of smart wearables, such as smart glasses and smart gloves, into modern manufacturing systems promises benefits in worker guidance, ergonomics, and real time monitoring. However, these technologies also introduce new systemic risks that traditional risk management methods struggle to capture. Advanced systemic approaches such as STAMP–STPA, and FRAM more accurately capture the complexity of socio-technical systems; however, they remain predominantly qualitative.
This dissertation develops and validates three hybrid methods that combine systemic risk models with Particle Swarm Optimization (PSO) to enhance quantitative assessment and mitigation. First, the STPA–PSO framework extends System-Theoretic Process Analysis by quantifying control actions and supporting semi-automated mitigation strategies. Second, the FRAM–PSO framework integrates the Functional Resonance Analysis Method with PSO to model performance variability and, for the first time, embeds sustainability dimensions— economic, environmental, and social—into systemic risk mitigation. Third, the STPA-BN– PSO framework applies Bayesian Networks optimized with PSO to capture probabilistic dependencies among control actions, hazards, and losses, enabling path-based systemic risk quantification and sensitivity analysis.
These frameworks were applied to three case studies in sequential assembly, job-shop assembly, and disassembly, with a focus on the introduction and integration of multiple smart wearables. The results highlight three main findings: (1) the combined use of smart glasses and smart gloves creates new couplings and dependencies that reshape the risk landscape; (2) the three hybrid frameworks provide complementary strengths—with STPA–PSO suited to early design, FRAM–PSO to variability and sustainability evaluation, and STPA-BN–PSO to operational risk monitoring; and (3) embedding sustainability principles enables not only measurable reductions in systemic risk but also alignment with broader industrial and societal objectives.
In summary, this research advances the state of risk assessment by hybridizing systemic models with metaheuristic optimization. This shows that qualitative and quantitative approaches can be meaningfully combined. The work extends existing systemic methods with new hybrid frameworks and demonstrates their applicability through case studies involving multiple wearables, and provides decision-makers with practical methods to achieve safer, more sustainable, and human-centered manufacturing. Through this contribution, the thesis advances the principles of Industry 5.0, emphasizing the complementary roles of humans and intelligent technologies in shaping resilient socio-technical systems of the future
Analyse spatio-temporelle et modélisation prédictive du réseau de transport public de Montréal
No full textLes écarts d’horaire dans les réseaux de transport en commun — différences entre les heures d’arrivée planifiées et réelles des véhicules — constituent une source majeure d’insatisfaction des usagers et de perte d’efficacité opérationnelle. La disponibilité croissante de données opérationnelles en temps réel, conforme au standard GTFS-RT, offre des opportunités inédites pour analyser et prédire ces perturbations. Toutefois, un écart persistant subsiste entre la disponibilité des données et leur exploitation effective pour améliorer la qualité de service.
Ce mémoire propose une approche intégrée, structurée en deux volets complémentaires, pour combler cette lacune. Le premier volet développe une plateforme de diagnostic intégrant l’ingestion automatique de flux GTFS-RT massifs, la classification systématique des perturbations selon leur nature, récurrente ou ponctuelle, l’exploitation de l’indexation spatiale hiérarchique H3 pour l’agrégation multi-résolution, ainsi que des capacités de visualisation interactive à haute performance via KeplerGL. Appliquée au réseau de la STM, cette plateforme open source révèle des motifs spatio-temporels significatifs et facilite l’identification de points critiques nécessitant des interventions.
Le second volet développe une approche systématique de prédiction des écarts d’horaire à l’échelle d’un réseau urbain complet. Cette approche exploite (1) une méthodologie structurée d’ingénierie de features multi-résolution basée sur H3, combinant caractéristiques (features) spatiales hiérarchiques, encodages temporels cycliques et embeddings spatiaux appris; (2) une architecture LSTM optimisée pour capturer les dépendances temporelles complexes tout en respectant les contraintes de scalabilité au moyen d’une stratégie de clustering adaptée; et (3) une validation empirique rigoureuse avec protocole spatio-temporel sur des périodes indépendantes. Les résultats démontrent des performances prédictives supérieures aux baselines traditionnelles, avec une erreur absolue moyenne inférieure à 2 minutes pour les horizons de prédiction à court terme.
La contribution distinctive de ce mémoire réside dans l’intégration cohérente du diagnostic et de la prédiction au sein d’un cadre méthodologique unifié, où les insights de l’analyse exploratoire informent directement la conception du système prédictif. Cette synergie, combinée à l’accent mis sur la reproductibilité, la scalabilité opérationnelle et l’approche open source, vise à réduire l’écart entre la recherche académique et l’adoption pratique dans le domaine des systèmes de transport intelligents
Development of a modelling approach for high-density controlled agriculture environment spaces for energy and yield analysis
No full textHigh-density controlled environment agriculture (CEA-HD), such as vertical farming, involves stacking crops in controlled indoor environments, enabling year-round food production across all climates and urban areas. Although CEA-HD spaces offer high productivity per unit of footprint, they are also energy-intensive due to precise regulation of temperature, humidity, carbon dioxide, and lighting. Many studies focus on optimizing growing conditions to improve yield, but the associated impact on energy consumption is often overlooked. One reason is the highly complex interplay between crops and their environment. For instance, energy demand varies daily between photoperiod and dark period and shifts throughout crop development. This necessitates robust cooling and dehumidification systems to maintain stable indoor air conditions, which is an ongoing challenge. Energy modelling is a valuable tool to address these types of issues. This thesis aims to develop an energy modelling approach to enable energy and yield analysis of CEA-HD spaces. The methodology involves modelling the thermal space, lighting system, and crops in a building performance simulation (BPS) tool. Given its dominance in CEA-HD spaces, lettuce was selected as the case crop. To achieve the objective, the following steps were undertaken: (1) the impact of discrepancies in energy modelling was examined; (2) a dynamic crop model, including an energy balance and growth model, was developed and calibrated with experimental data; and (3) the approach was applied to a case study analyzing the influence of temperature, vapour pressure deficit, photosynthetic photon flux density, and photoperiod. The results demonstrated the importance of accounting for light interception and crop growth in energy modelling. The developed model achieved a satisfactory level of accuracy, with maximum relative errors of 3.5% and 4.1% for the specific energy load and cultivation duration, respectively. The modelling approach enables simulations across a wide range of growing conditions and operational scenarios within a BPS tool, supporting the analysis of 180 scenarios and offering valuable insights into the influence of growing conditions on energy load and yield. This article-based thesis resulted in four peer-reviewed publications and the development of three crop models made available to the research community. The proposed modelling approach provides valuable support for enhancing CEA-HD design and operations by balancing energy consumption and crop yield. Overall, the work contributes a novel methodology to model CEA-HD spaces, facilitating energy, financial, and environmental assessments
Caractérisation du comportement micromécanique de l’acier inoxydable martensitique UNS S41500 dans l’état métallurgique brut de trempe
No full textCette thèse présente un travail expérimental dont le principal objectif est l’étude du comportement micromécanique de l’acier inoxydable martensitique UNS S41500. 1) L’étude comporte deux objectifs principaux. L’extraction des propriétés mécaniques d’un ensemble de lattes de martensite (bloc de martensite) par essais de microtraction. 2) L’étude du comportement non-linéaire observé à basse charge lors d’une sollicitation quasi-statique en tension sur la nuance brute de trempe.
Cette étude s’inscrit dans la volonté qu’a Hydro-Québec de modéliser le comportement micromécanique des alliages employés dans la fabrication des roues d’eau, notamment le CA6NM. Cette démarche est motivée par les incertitudes entourant les mécanismes d’endommagement par fatigue auxquels ces structures sont soumises en service. Pour répondre à cette problématique, la méthode de la plasticité cristalline par éléments finis (MPCEF) a été retenue comme approche privilégiée. Toutefois, l’application de cette méthode exige une connaissance précise des propriétés mécaniques intrinsèques de l’alliage et de son comportement en déformation. Pour cette étude, le choix de matériau s’est porté sur l’acier UNS S41500, un alliage corroyé ayant la même composition chimique que le CA6NM, mais offrant une propreté inclusionnaire supérieure et l’absence de défauts de coulée.
Les connaissances sur la martensite en lattes observée dans les aciers UNS S41500 et CA6NM sont nombreuses et bien documentées. En revanche, la modélisation de ces microstructures complexes par MPCEF comporte des lacunes au niveau des propriétés micromécaniques utilisées dans les lois constitutives. En effet, la littérature ne propose pas de valeurs mesurées de la contrainte de cisaillement critique résolue (CCCR), ni de la contrainte de cisaillement résolue à la saturation (CCRS) d’un ensemble de lattes de martensite. Les données disponibles proviennent d’extrapolations d’essais contenant des joints de blocs ou calculées à l’aide de méthodes inverses par optimisation.
Depuis 70 ans, une non-linéarité observée à basse charge lors d’une sollicitation en tension dans la martensite brute de trempe fait l’objet d’un débat. Cette non-linéarité, observée dans des microstructures sans austénite reformée, a été attribuée soit à la présence de dislocations mobiles, de contraintes résiduelles à l’échelle de la microstructure (type-II) ou de l’hétérogénéité des propriétés mécaniques de la martensite. Étonnamment, un revenu sous le début de la transformation austénitique (AC1) (500°C, 2h) produit une microstructure sans austénite reformée et dont la courbe de traction est exempte de non-linéarité. Paradoxalement, la même microstructure revenue au-delà de AC1 et contenant de l’austénite reformée favorise le développement de cette non-linéarité. Ainsi, pour être en mesure de découpler le rôle de l’austénite reformée des autres sources précédemment énoncées, la nuance brute de trempe sera utilisée pour étudier le développement de la non-linéarité dans une microstructure monophasée. De futurs travaux seront proposés pour constater si le même mécanisme explique la non-linéarité en présence d’austénite reformée.
En premier lieu, l’extraction des propriétés micromécaniques de la martensite a été effectuée à partir de microéprouvettes de traction usinées à même la microstructure. Pour ce faire, une caractérisation de la microstructure par électron rétrodiffusés (EBSD) a permis de d’identifier 5 candidats respectant différents critères de dimensionnement et d’orientation cristallographique. De ces 5 candidats, 2 furent choisis dans l’orientation (110), un dans l’orientation (111) et un dans l’orientation (112) dans le but de balayer la majorité du triangle des pôles. Les deux candidats (110) furent choisis pour quantifier la répétabilité des mesures. Les résultats du calcul de la CCCR sur les systèmes de glissement activés {110}, {211} et {123} montrent une bonne répétabilité et sont cohérents avec les données extrapolées proposées dans la littérature. La CCCR a été établie à 291 MPa pour l’ensemble des plans avec un écart type de 16 MPa. La CCRS a aussi été mesurée à 364 MPa avec un écart type de 16 MPa également. En revanche, l’éprouvette orientée (111) comprenait un joint de bloc dans son épaisseur. Elle a tout de même permis de constater l’influence significative de la présence d’un joint de bloc en augmentant la CCCR et la CCRS de 29% et de 58% respectivement. Finalement, un effet de non-Schmid semble avoir été observé, mais cette hypothèse n’a pu être confirmée.
L’étude du second objectif a été effectuée à partir d’une série d’éprouvettes de dimensions différentes, allant de l’échelle macrométrique à micrométrique. L’ensemble des éprouvettes fut prélevé du même lot de matériau, après avoir subi une austénitisation à 1050°C pendant une heure. Ce traitement thermique a été choisi dans le but de produire une martensite exempte d’austénite reformée. Le développement de la plasticité a été identifié par la méthode OPRA (Onset of Plasticity Relaxation Analysis) durant des essais de traction quasi-statique. Le protocole expérimental a permis d’étudier l’influence de la réduction des contraintes résiduelles de type-II par une réduction significative du volume de l’éprouvette, ainsi que de l’anisotropie des propriétés mécaniques à l’échelle microscopique. Une éprouvette macroscopique, revenue à 500 °C pendant deux heures, a également été testée afin d’évaluer la relaxation des contraintes par une approche différente. Les résultats proposent de façon convaincante que les contraintes résiduelles de type-2 favorisent le développement de la microplasticité à basse charge dans le UNS S41500 à l’état brut de trempe. En effet, il a été démontré que les contraintes résiduelles de type-2 rationalisent la différence entre la CCCR estimée dans une éprouvette macroscopique et celle mesurée expérimentalement dans une éprouvette microscopique en configuration de glissement in-lath. Le tenseur des contraintes résiduelles utilisé dans ce travail provient d’un acier Fe-0.27C-2.3Mn-0.1Cr-1.47Si trempé. Le calcul de l’influence des autres mécanismes proposés dans la littérature ne permet pas de justifier leur contribution au développement de la non-linéarité à basse charge.
En sommes, cette thèse a permis d’enrichir les connaissances sur le comportement micromécanique de la martensite en lattes. Premièrement, de nouvelles valeurs de CCCR et de CCRS mesurées directement d’un groupe de latte sont proposées pour alimenter une loi constitutive en MPCEF. Deuxièmement, il est proposé que les contraintes résiduelles de type-II représentent le mécanisme qui favorise le développement de la non-linéarité à basse charge dans la martensite en lattes brute de trempe. Ce comportement fut observé pour la première fois il y a 70 ans
Design and evaluation of CMUTs for medical ultrasound imaging with a focus on non-invasive blood pressure waveform monitoring
No full textCMUT, MEMS ultrasound, quality factor, damping, hybrid fabrication, screen printing, non invasive blood pressure, ultrasonic sensors.
This thesis investigates micromachined ultrasonic transducers (MUTs) for non-invasive blood pressure (BP) waveform monitoring, with a focus on capacitive micromachined ultrasonic transducers (CMUTs). The work combines: (i) a critical review of ultrasonic BP-waveform sensing; (ii) experimental analysis of CMUT topology, quality factor, and damping; and (iii) the development of a hybrid CMUT fabrication process that integrates printed conductors with surface-micromachined cavities and membranes.
First, four CMUT topologies fabricated in a PolyMUMPs process are studied, combining spring versus straight arms with rocker versus fixed anchoring. Laser Doppler vibrometer in air and vacuum is used to extract resonance frequency and quality factor as a function of dc bias and ac drive. A pull-in-normalized common operating point is introduced, and paired air/vacuum data are analyzed using an additive 1/Q model to separate fluidic and intrinsic losses. By comparing the four permutations, rocker anchors are identified as the dominant intrinsic loss source, suitable for low Q factor operations where high axial resolution is required whereas straight fixed rims provide a high-Q, suitable for efficient transmit/receive operation.
Second, the thesis reviews ultrasonic devices for continuous non-invasive BP waveform monitoring, examining bulk piezoelectric, PMUT, and CMUT approaches. The analysis highlights that most reported systems still rely on bulk probes or PMUTs, and that CMUT-based solutions—particularly on flexible or low-cost substrates—remain underexplored.
Finally, a hybrid CMUT-like structure is demonstrated on glass by combining a sputtered aluminum bottom electrode, a LOR sacrificial layer patterned with AZ 5214E, an SU-8 membrane with etch holes, and a fully cured screen-printed silver top electrode. Temperature and chemical compatibility are mapped, and a 2 × 2 array is fabricated. Profilometry and vibrometry confirm a printed silver thickness of approximately 9.2 μm, two clear mechanical resonances at 1.01 MHz and 1.42 MHz with quality factors of approximately Q1 ≈ 6.6 and Q2 ≈ 235, and a collapse voltage around 20 V. The results show that CMUT-like devices can be realized with a reduced tool set, providing a practical platform for future low-cost and potentially flexible ultrasonic BP-waveform sensors with reduced fabrication duration
Intégration d’une dimension sociale dans World3 : Vers une modélisation systémique des inégalités mondiales
No full textCe mémoire propose une adaptation sociale du modèle World3, initialement développé par le MIT pour le rapport The Limits to Growth (1972). Dans un contexte marqué par la montée des inégalités économiques et l’aggravation des crises environnementales, il interroge la manière dont la structure sociale influence la stabilité du système mondial face aux limites planétaires.
Le modèle conçu, nommé World3 socio-adapté, segmente la population mondiale en trois groupes de revenu et relie ces groupes à des niveaux différenciés de consommation industrielle. Cette approche permet d’examiner l’effet des inégalités sur la dynamique globale du système.
Les simulations montrent qu’un enrichissement global de la population accélère l’effondrement écologique, tandis qu’un appauvrissement généralisé accroît la résilience physique du système, mais au détriment des fonctions sociales essentielles. Ces résultats soulignent la nécessité d’un équilibre entre sobriété matérielle et planification collective : un monde plus pauvre matériellement, où les ressources sont allouées à des secteurs clés tels que l’agriculture, la santé, l’éducation et la recherche, peut garantir un niveau de vie décent tout en réduisant la pression sur la biosphère et garantir la stabilité du monde de demain
Miroir Magique : représentation virtuelle de la nouvelle apparence physique du patient oncologique après une chirurgie altérante du visage
No full textLes patients atteints de cancer du visage subissant une ablation du nez font face à des défis psychologiques importants liés à la perte de leur identité visuelle. La méthode actuelle de création d'épithèses nasales est longue, coûteuse et intrusive, nécessitant plusieurs essais physiques. Ce mémoire présente le « Miroir Magique », une solution non invasive permettant aux patients de visualiser leur nouvelle apparence avec différentes épithèses virtuelles en temps réel.
La méthode développée combine les technologies 3DDFA V3 pour générer une texture réaliste du nez et 3DDFA V2 pour la reconstruction faciale rapide. Le suivi robuste du visage est assuré par BlazeFace via MediaPipe, capable de détecter les visages sans nez. Les algorithmes de recalage 3D, utilisant l'Analyse en Composantes Principales (ACP) couplée à l'algorithme ICP, permettent un positionnement précis des modèles d'épithèse. Le filtre Minilag garantit la fluidité des mouvements sans retard perceptible.
Les résultats expérimentaux démontrent une précision moyenne de placement de 9,70 pixels, une dérive inférieure à un pixel, et une latence moyenne de 23 ms respectant le seuil de confort pour les applications immersives. La robustesse du système a été validée sur des vidéos de visages avec et sans nez, respectant le critère de 95% du modèle d'épithèse dans la zone d'intérêt dans la majorité des cas. La vitesse de traitement actuelle (4,33 images par seconde) reste limitée, mais l'utilisation d'un processeur graphique permettrait d'atteindre les performances nécessaires au temps réel.
Le « Miroir Magique » offre une méthode innovante et respectueuse pour accompagner les patients dans le choix de leur épithèse, s'intégrant naturellement dans le projet AUDACE et ouvrant la voie à une nouvelle approche de création d'épithèses faciales adaptée aux besoins médicaux modernes
Integrated information environments in the built asset industry: a strategic, multi-perspective framework
No full textInformation fragmentation poses a significant challenge within the built asset industry, where conventional approaches fail to support integrated value chains and lifecycle thinking. Despite the theoretical conceptualization of Common Data Environments (CDEs) as a "single source of truth", organizations in practice persistently operate multiple, disconnected CDEs alongside other information sources. This fragmentation limits continuous information exchange, constraining advanced Building Information Modeling (BIM) capabilities and hindering Digital Twin (DT) implementations and digital transformation initiatives. This research investigates the requirements for an Integrated Information Environment (IIE) to enable seamless information flows across temporal and organizational boundaries while preserving system autonomy. Through a multi-perspective analysis, the study identifies emergent requirements that reveal capabilities exceeding traditional CDEs scope.
Employing Design Science Research (DSR) methodology, the research systematically characterizes IIE components across three interdependent tiers: Data Structure & Meaning (establishing semantic and syntactic foundations), Data Exchange & Management (providing federated integration infrastructure), and Data Consumption & Use (delivering stakeholder value through applications). A case study with the National Research Council (NRC) of Canada demonstrates the framework's applicability through the conceptual design of a Digital Construction Platform integrating the National Model Construction Codes, National Master Specifications, and Canadian Construction Materials Centre evaluations. The framework guided solution architecture illustrates its capacity to structure the progression from fragmented systems toward integrated environments while maintaining organizational autonomy. By establishing foundational knowledge about IIE requirements and identifying mechanisms for progression from project-centric to lifecycle-integrated information management, this investigation addresses a critical literature gap and provides practical insights for organizations pursuing advanced digital capabilities in an intelligent built environment
Contribution to the estimation of uncertainties in assembly operations assisted by 3D metrology
No full textJig -based assembly is a method widely used in the automotive and aerospace industries. Among its advantages, its robustness and its metrological performance (good repeatability) can be mentioned. In addition, even non-specialists can use it; the components are immobilized using stops before finalizing the assembly. Finally, quality is guaranteed through certification of the fixture used. On the other hand, the disadvantages are numerous. In addition to the significant cost of manufacturing and calibrating these jig, they are intended for a specific use; as soon as there is a modification or an alteration of the model or the components, costly modifications must be carried out.
For approximately two decades, the development of 3D measurement systems has been impressive. Today, we have access to technologies that allow the simultaneous tracking of a set of targets (>30) within the workspace (up to 100×100 m) with good accuracy (<0.5 mm @ 95%). The principle of jigless assembly (Jigless Assembly) exploits the capabilities of 3D measurement equipment (e.g., iGPS, laser tracker…) to position and orient components according to the required specifications. The idea is therefore to propose a new assembly method, referred to as “Metrology-Assisted Assembly” (MAA), which is intended as an alternative to jig-based assembly. MAA will offer very good flexibility, which can translate into productivity gains.
However, for industrial deployment, it is necessary to resolve a technological barrier, which is the quality assurance of the assembly that will be obtained by MAA. Indeed, it is necessary to estimate and document the uncertainty inherent to an assembly operation carried out using MAA. Thus, the main question is to develop an approach to quantify the uncertainty associated with the result obtained by MAA on a critical characteristic (KC)? The main objective of this thesis is the development of a general methodology to estimate the uncertainty of a metrology-assisted assembly operation using an iGPS system