Les lignes de transport et de distribution d'énergie électrique peuvent être exposées, durant la saison hivernale, à l'accumulation de glace. La présence de glace entraîne la dégradation des propriétés électriques de l'isolation des lignes et favorise l'apparition de l'arc de contournement. Les conséquences néfastes de l'accumulation de glace sur les isolateurs des lignes et des postes ont attiré l'attention des chercheurs. Les études entamées dans ce domaine consistent à déterminer la tension minimale de contournement, VMF, des isolateurs en porcelaine, en verre trempé, ou en matière synthétique recouverts de glace, soumis à la tension alternative ou continue dans les régimes d'accumulation et de fonte. Les études avancées dans le domaine du givrage des isolateurs se continuent actuellement dans le laboratoire des hautes tensions du Groupe de Recherche en Ingénierie de l'Environnement Atmosphérique (GRBEA) à l'UQAC et dans quelques autres laboratoires. Le but principal des études à l'UQAC consiste à établir une méthode standardisée de mesure de la tension de tenue maximale, VJM, des isolateurs recouverts de glace en fonction de plusieurs facteurs ayant trait au givrage et à la contamination. Cette méthode permettra de faire une conception adéquate des isolateurs destinés aux réseaux électriques dans les régions froides. Le projet actuel entrepris dans le cadre du programme du GREA consiste en particulier à la détermination de la tension de tenue maximale, VTM, des isolateurs en porcelaine de type standard IEEE en fonction des paramètres suivants: 1) le nombre d'isolateurs (pour deux types de glace: givre léger et verglas); 2) l'épaisseur de la glace (pour un type de glace: verglas); 3) la conductivité de l'eau (pour un type de glace: verglas). Les résultats des essais concernant les variations de la tension de tenue maximale, VTM ont démontré que les valeurs de V?, exprimées en kV en fonction du nombre d'isolateurs en présence du givre léger, sont plus élevées qu'en présence du verglas. Le verglas est donc plus dangereux du point de vue de la possibilité de l'amorçage de l'arc de contournement. Les résultats des essais concernant les variations de la tension de tenue maximale, VTM, exprimées en kV par mètre de distance d'arc, en fonction de l'épaisseur de glace, E, ont démontré que la valeur de VTM/m diminue avec la croissance de l'épaisseur: elle passe de 110 kV/m pour une épaisseur de 0,5 cm à 69,1 kV/m pour une épaisseur de 2,5 cm, soit une diminution d'environ 37%. À partir de 2,5 cm, la tension de tenue maximale, VTM, reste constante malgré la croissance de l'épaisseur du dépôt de glace. Les résultats des essais relatifs à la détermination de la tension de tenue maximale, VTM en fonction de la conductivité de l'eau ont démontré qu'une valeur élevée de la conductivité provoque une diminution sensible de la valeur de la VTM. Les essais effectués ont démontré que la croissance de la conductivité de l'eau de 4 u.S/cm à 150 u.S/cm a entraîné une diminution de la tension de tenue maximale de 137,2 kV/m à 69,1 kV/m, soit environ deux fois. La dernière partie de l'étude présentée dans ce mémoire concerne la comparaison entre les performances électriques des isolateurs recouverts de glace et celles des isolateurs pollués. Cette comparaison permet d'établir une certaine correspondance entre la sévérité de glace et celle de la pollution et de comparer l'épaisseur de glace accumulée, avec un taux de pollution sèche. Par exemple, la valeur de la tension de tenue maximale, VTM mesurée pour 6 isolateurs standards IEEE recouverts de verglas d'une épaisseur de 2,5 cm correspond à celle obtenue au cours d'essais sous brouillard propre avec un taux de pollution égal à 0,153 mg/cm2.

En présence de pluie, les lignes de transport d'énergie électrique se mettent à vibrer à la fréquence naturelle du conducteur. Les vibrations sont causées par la présence intermittente des charges d'espace et du vent ionique située sous les gouttes d'eau suspendues au conducteur. Depuis une dizaine d'années, une étude visant à déterminer les mécanismes de ce type de vibration a été entreprise par les chercheurs de l'Université du Québec à Chicoutimi. De nombreux tests ont été réalisés notamment afin de mettre en évidence l'amplitude des forces en jeu ainsi que l'influence des conditions expérimentales (intensité des précipitations, polarité et valeur du champ électrique à la surface du conducteur) sur l'amplitude de vibration. Les résultats issus de ces études ont servi à valider le modèle conçu dans le cadre du présent travail. L'objectif est d'élaborer un modèle destiné à simuler numériquement les vibrations induites par effet de couronne sur les lignes de haute tension de grandeur réelle, en tenant compte de la variation des paramètres tels que: type de conducteur, intensité des précipitations, valeur et polarité du champ électrique à la surface du conducteur. Pour ce faire, la méthode des éléments finis a été utilisée et plus particulièrement la méthode de superposition modale. Cette méthode permet de transformer l'équation différentielle de base en un système d'équations différentielles découplées où chaque équation représente un mode de vibration. La discrétisation du temps a été réalisée à l'aide d'une méthode basée sur les différences finies. La variation dans le temps de la force induite par effet de couronne utilisée dans cette étude est de forme impulsionnelle. Cette forme donne des résultats satisfaisants et plus réalistes qu'en utilisant une forme sinusoïdale telle qu'utilisée dans les études antérieures. Dans un premier temps, un programme a été conçu pour modéliser les vibrations d'un conducteur d'une longueur de 3,58m, existant en laboratoire. Les résultats obtenus en utilisant ce conducteur ont permis de valider les facteurs d'amortissement. L'équation d'équilibre d'une goutte d'eau soumise à un champ électrique nous a permis de déterminer le moment d'éjection des gouttelettes d'eau. Un phénomène de battement a été observé expérimentalement ainsi que lors des simulations avec l'équation d'équilibre. Ce phénomène démontre que les simulations effectuées avec l'équation d'équilibre représentent bien la réalité. Dans un deuxième temps, des simulations ont été effectuées sur deux lignes réelles en faisant varier les paramètres cités ci-avant. Les résultats obtenus sont conformes avec les observations effectuées sur le terrain: l'amplitude des vibrations est de l'ordre de 1 à 5 cm avec une fréquence variant de 0,2 à 3 Hz. La méthode de superposition modale utilisée pour modéliser les vibrations induites par effet de couronne a permis de reproduire plusieurs modes de vibration lors des simulations réelles contrairement aux simulations obtenues avec la méthode de Wilson qui n'excitait que le premier mode. De plus, le temps de calcul est très court avec la superposition modale permettant ainsi l'utilisation d'un plus petit pas de temps et par conséquent une augmentation de la précision dans les calculs. Donc la méthode de superposition modale s'est avérée un bon choix.

Les résultats d'une étude relative à l'accumulation de la glace sur les conducteurs portés à un potentiel élevé, ont démontré que la structure de la glace déposée dépend de la polarité et de la valeur du champ électrique à la surface du conducteur. La structure de la glace devrait être reliée à la nature et à l'intensité des décharges par effet de couronne, lesquelles sont fonction de la polarité et de la valeur du champ électrique. Dans cette étude, certaines conséquences des effets de la décharge de couronne en tension alternative et en tension continue, sur un cône de glace porté à différentes températures inférieurs à 0°C, ont été examinées. Premièrement, la perte de volume à la pointe du cône de glace placé à une distance de 2 cm d'une grille en acier inoxydable a été mesurée en fonction de la température (de -5°C à -20°C) et de la tension (de 15 kV à 25 kV). Deuxièmement, la vitesse du vent ionique a été mesurée sous la grille en utilisant un tube de Pitot connecté à un capteur de pression. Il a été démontré, pour des valeurs données de tension et de température, que le taux d'érosion de glace était plus élevé en tension alternative qu'en tension continue. En plus, il a été observé que la vitesse du vent ionique était approximativement la même sous les tensions alternatives et continues positives. La vitesse du vent ionique et le transfert d'énergie aux aspérités de glace par les ions et les électrons ne semblent pas être les facteurs responsables de la création des différences de la structure de glace sous des différentes polarités de la tension.

La détection de la hauteur tonale dans un signal de parole est un problème complexe et important pour des applications en reconnaissance de parole continue. Lorsqu'on souhaite détecter la hauteur tonale sur la parole téléphonique, la difficulté est plus grande, puisque la fréquence fondamentale n'est pas claire dans le signal. Nous proposons un modèle pratique basé sur des connaissances psychoacoustiques et physiologiques de l'oreille. En effet, cette dernière est capable d'extraire la hauteur tonale du signal de parole téléphonique. Le modèle proposé comprend trois éléments: un banc de filtres auditifs qui simule les mouvements mécaniques de la membrane basilaire; un modèle fonctionnel qui calcule des pseudo-histogrammes périodiques reliés à la période de la fréquence fondamentale; l'élément final combine la sortie des histogrammes pour extraire la hauteur tonale. Ce modèle est testé sur des données de parole numérisées à travers le réseau téléphonique de la région de Montréal. Les résultats des expériences indiquent que cette approche permet d'obtenir la hauteur tonale même si l'énergie de la composante fondamentale du signal de parole est très faible.

Divers essais furent réalisés dans le but de déterminer le niveau de la tension minimale de contournement VMF des isolateurs antibrouillard en porcelaine. Ceci, sous tension alternative ou continue, de polarité positive ou négative, dans les régimes d'accumulation ou de fonte. De façon générale, les résultats obtenus ont montré qu'une augmentation de l'épaisseur de la glace accumulée provoque une diminution du niveau de la tension VMF. Dans les mêmes conditions atmosphériques d'accumulation, la plus basse tension VMF est rencontrée sous tension continue négative; même si dans ce dernier cas, aucune augmentation notable de la quantité de glace accumulée n'a été observée. En régime d'accumulation, la tension appliquée aux isolateurs est augmentée immédiatement après la période d'accumulation de glace pour réaliser l'essai de contournement. Tandis qu'en régime de fonte, une longue période (de 3 à 5 heures) de réchauffement est intercalée entre la période d'accumulation et l'augmentation de la tension. En régime d'accumulation, la température ambiante a été maintenue constante pendant tout l'essai à environ -12°C; en régime de fonte, elle a été augmentée de -12°C à environ 0°C avant l'augmentation de la tension. Afin de s'assurer de la présence d'une couche d'eau à la surface de la glace accumulée sur les isolateurs, il est préférable de prolonger le régime de fonte le plus longtemps possible lorsque la température de 0°C est atteinte. Cependant, il est préférable d'appliquer plus rapidement la tension d'essai si de fortes décharges érodent la glace tout en entraînant un égouttement prématuré de l'eau de fonte. En régime d'accumulation sous tensions alternatives ou continues, avec une précontamination modérée de 0.05 mg/cm2, la tension VMF diminue d'environ 16 % par rapport à sa valeur en l'absence de contamination. Une précontamination légère de 0.01 mg/cm2 provoque une diminution de la tension VMF d'environ 4 % comparativement à celle mesurée avec des isolateurs propres. De façon générale, la tension VMF est du même ordre de grandeur en courant alternatif (C.A.) qu'en courant continu négatif (C. C.-) ; elle est environ 18% plus élevée en courant continu positif (C. C.+). En régime de fonte, la plus basse tension VMF est obtenue après avoir accumulé une quantité de givre lourd correspondant à une épaisseur d'au moins 2 cm de glace sur le conducteur témoin. Une baisse d'environ 4% (3 W) de la tension VMF par rapport à sa valeur en régime d'accumulation a été observée pour les tensions alternatives et continues positives. Concernant la polarité négative, cette baisse de tension est de l'ordre de 24% (18 kV) Quelle que soit l'épaisseur de la glace accumulée ou la polarité de la tension (positive ou négative), le rapport entre l'énergie électrique fournie aux isolateurs et le volume d'eau éjectée des isolateurs pendant le test de contournement reste constant à 2.1 ml/kJ. En tension alternative, le dit rapport est établi en fonction d'une puissance électrique apparente; la valeur obtenue est de 1.94 ml/kV. A. s. En régime d'accumulation, des traces d'érosion sont observées à la surface des isolateurs avec une précontamination modérée de 0.05 mg/cm2. Des traces d'érosion similaires sont repérables sur des isolateurs non contaminés en régime de fonte sous tension alternative.

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Lors de la cicatrisation, plusieurs types cellulaires dont les kératinocytes et les fibroblastes ainsi que plusieurs facteurs de croissance jouent d’importants rôles. La cicatrisation cutanée peut aussi être activée par des facteurs exogènes, dont la stimulation électrique (SE). La SE peut moduler les fonctions fibroblastiques durant la cicatrisation. Le fibroblaste contribue de façon active à la cicatrisation en sécrétant différentes protéines (collagène, fibronectine, élastine) pour favoriser le comblement tissulaire. Les fibroblastes adoptent aussi un phénotype contractile en exprimant l’α-actine contribuant à la fermeture de la plaie. Notre hypothèse est que certaines de ces fonctions fibroblastiques pourraient être modulées par une stimulation électrique. Pour vérifier cette hypothèse nous avons utilisé une membrane biocompatible et conductrice à base de polyethylene terephthalate (PET) recouvert de polypyrrole (PPy). Les fibroblastes dermiques humains ont été cultivés sur ces membranes conducteurs, puis exposés ou non à un courant pulsé (PES) selon deux régimes : soit 10s PES suivi de 1200s de repos, ou 300s PES suivi de 600s de repos, durant 24 h. Deux intensités électriques ont été étudiées, 50 et 100 mV/mm. Nos travaux démontrent que la SE favorise l’adhésion, la prolifération et la migration des fibroblastes dermiques. Ces activités cellulaires sont consolidées par une sécrétion importante de FGF2 et d’α-SMA. Il est important de noter que l’effet de la SE favorise le changement phénotypique des fibroblastes en myo-fibroblastes grâce à la voie des Smad et de TGFβ/ERK. Nous avons aussi démontré que l’effet de la SE est maintenue à long terme et est transférable de la cellule mère vers les cellules filles. En effet après sous-culture les cellules expriment toujours de façon importante l’α-SMA. En conclusion, nous avons démontré que la stimulation électrique pulsée module positivement les fonctions cicatricielles des fibroblastes humains. Ces travaux démontrent pour la première fois les voies de signalisation (Smad et TGFβ/ERK) sollicitées par la SE pour activer les fibroblastes lors de la cicatrisation. Ces travaux suggèrent l’utilisation de la SE pour favoriser la guérison/cicatrisation des plaies. / During skin wound healing, cutaneous cells particularly fibroblasts and keratinocytes as well as several growth factors play important roles. Wound healing can be activated by exogenous factors, including electrical stimulation (ES). ES can also modulate fibroblast functions. Fibroblasts contribute to healing by secreting structural proteins (collagen, fibronectin, elastin) to repair the wound area. Fibroblasts also adopt a contractile phenotype expressing α-actin contributing to wound closure. The hypothesis of the thesis is that fibroblasts proliferate and transdifferentiate into myofibroblasts by sensing pulsed electrical signals and adjusting relevant signalling pathways. To test this hypothesis we used biocompatible polyethylene terephthalate (PET) fabrics coated with electrically conductive polypyrrole (PPy). Human dermal fibroblasts were cultured on these conductive fabrics and exposed to the optimized pulsed ES: either 10s PES in a period of 1200s, or 300s PES in 600s period, for a total of 24 hours. Two electric intensities were studied, 50 and 100 mV/ mm. Our work showed that the PES promoted the adhesion, proliferation and migration of dermal fibroblasts. These cellular activities were consolidated by an elevated level of fibroblast growth factor 2 (FGF2) and the high expression of α-smooth muscle actin (α-SMA). Important findings were that PES promoted the phenotypic change of fibroblasts to myofibroblasts, and such change was coordinated through the Smad and TGFβ/ERK pathways. It also demonstrated that the effect of PES was able to maintain for a long period of time after the end of stimulation, and was transferable from the mother cells to the daughter cells. Following subculture, the electrically stimulated fibroblasts still expressed significant amount of α-SMA. In conclusion, this thesis demonstrates that PES through conductive fabrics can activate the wound healing functions in human dermal fibroblasts. This work revealed for the first time that Smad and TGFβ/ERK pathways are required by the PES-induced fibroblasts-to-myofibroblasts differentiation. This work also demonstrated that the PES activated cells can survive in vivo. These studies suggest the application of the PES in promoting tissue regeneration and wound healing.

Cette thèse est consacrée à la supervision des systèmes de production d’énergie électrique hybrides composés de différents types de sources incluant des sources renouvelables ainsi que des éléments de stockage (batterie). Le chapitre I est consacré à l’état de l’art de la supervision de ce type de systèmes hybrides. Au cours de ce chapitre nous avons défini le contexte et le cadre de notre étude et nous avons présenté les avantages et les inconvénients des stratégies actuellement utilisées. Ensuite, nous avons présenté notre vision de la supervision des systèmes multisources intégrant des ressources renouvelables. Au cours du chapitre II nous avons spécifié le système hybride et les modèles de ses composants afin de les intégrer dans une structure de supervision. La chapitre III concerne le développement du superviseur que nous proposons à base de commande prédictive. L’objectif est de déterminer la meilleure répartition, au sens d’un critère que nous avons proposé, des puissances à fournir par les sources pour répondre à une demande de la charge. La fonction définie pour l’optimisation, correspond au coût de production ; elle prend en compte non seulement le suivi des consignes mais aussi des critères technico-économiques (coût de l’énergie, émissions polluantes, cyclage de l’élément de stockage …etc). Ce superviseur s’appuie sur des modèles dynamiques des sources et des éléments de stockage ainsi que sur les prédictions à court terme de la ressource photovoltaïque. Le critère est minimisé pour chaque nouvelle fenêtre de prédiction afin d’envoyer les consignes à chaque composant du système hybride. Les résultats expérimentaux montrent la validité du superviseur proposé et de l’algorithme associé. Le chapitre IV vise à montrer la généricité du superviseur à base de commande prédictive proposé. En effet, une éolienne contrôlée en zone d’optimisation a été ajoutée au système hybride. Ensuite, l’éolienne est contrôlée en mode dégradé dans le but de réduire l’impact des variations de la vitesse du vent sur le suivi de la consigne de puissance. La fonction coût a été modifiée pour répondre à ces nouvelles exigences. Enfin, nous avons explicité les bénéfices potentiels d’un horizon de prédiction variable. La variation de l’horizon de prédiction est effectuée en fonction de la pertinence des prévisions des ressources d’origine renouvelable. Les essais sur une plate-forme expérimentale, combinant des composants réels et des modèles simulés en temps réel (Model-in-the-loop) montrent la validité de tous les concepts développés. / This thesis is devoted to the supervision of the hybrid power generation system composed of various types of sources including renewable sources and electrochemical storage elements. Chapter I is devoted to the state of the art of supervision of such hybrid systems. In this chapter, the context and the scope of our study are defined and the advantages-disadvantages of each such strategy are presented. Our vision for the supervision of a multi-sources system that integrates sources of renewable resources is presented thereafter. In Chapter II we specify the hybrid system and the models of each component in order to integrate them into a supervision structure. Chapter III deals with the design of a supervisory predictive controller which optimizes the power flow of a renewable hybrid system (solar panels, micro-turbine and battery). Short time predictions of the solar power and the power reference are embedded in the supervisor. The performance index integrates the environmental impact, the cost of fuel, battery cycling and the energy delivery. Simulations and a real-time application of a model-in-the-Loop plant are carried out to illustrate the applicability and electiveness of the proposed supervisory predictive control design. Chapter IV aims to show the generic properties of the proposed supervisory system. In fact, a wind turbine has been added to the hybrid system and the cost function has been modified. The real-time simulations show the effectiveness of the proposed power management system. Then, the turbine is controlled in degraded mode in order to reduce the impact of wind speed fluctuation with respect to the power reference. The cost function has been modified to meet these new requirements. Finally, the potential benefits of considering a dynamic prediction horizon are explained. The variation of the prediction horizon is performed according to the relevance of the predictions of renewable resources. Tested on an experimental platform combining real components and real-time simulation models (Model-in-the-loop), the results show the validity of all the developed concepts.

Les supercapacités à base de carbones activés présentent une cyclabilité et une densité de puissance très supérieures aux batteries. Ces systèmes énergétiques rechargeables sont particulièrement adaptés pour toutes les applications qui requièrent une forte puissance pendant des temps de l'ordre de quelques secondes. Cependant, pour les supercondensateurs à électrolyte organique, le vieillissement limite les possibilités d'utilisation. L'objectif de cette thèse a été de déterminer les origines physico-chimiques du vieillissement et de proposer des solutions. Pour cela, une série de supercondensateurs a été élaborée et vieillie artificiellement par l'application de contraintes électrochimiques et thermiques. Des analyses des gaz, par spectrométrie de masse, et spectroscopie IR et Raman, présents lors du fonctionnement de l'élément, ont permis d'interpréter les origines de la dégradation des éléments. De plus, des mesures électrochimiques réalisées par spectroscopie d'impédances complexes, ainsi que la modélisation des spectres obtenus en terme de circuits équivalents, ont permis de formuler des hypothèses sur le processus de dégradation. Celles-ci ont été validées par une étude des paramètres physicochimiques des différents constituants internes : (i) par adsorption de gaz (ii) par analyse chimique élémentaire, (iii) par analyses thermiques et (iv) par résonance magnétique nucléaire. Enfin, une confrontation avec des données bibliographiques (brevets) a permis de suggérer et de tester d'autres facteurs secondaires qui devraient être pris en considération afin d'améliorer la durée de vie de ces dispositifs électrochimiques. / The energy which is stored in electrochemical capacitors is proportional to the square of voltage. Consequently, the most attractive supercapacitors are those which operate in organic electrolyte medium, with an electrolyte potential window which theoretically can easily reach more than 3 V. However, even using lower values of voltage, there is a remarkable fading of the electrochemical characteristics with operating time, that is mainly characterized by capacitance loss and resistance increase. This work was understand ageing mechanisms of supercapacitor using activated carbon electrode with TEABF4 1M in acetonitrile as electrolyte. An experimental device was conceived to analyse gases formed at various ageing time using characterizations such as mass spectrometry, Raman spectroscopy and FTIR. Moreover, electrochemical measurements carried out by complex impedance spectroscopy and modeling of the spectra obtained in terms of equivalent circuits, helped make assumptions about the degradation process. These have been validated by a study of various physicochemical parameters of internal components: (i) by gas adsorption (ii) by elementary chemical analysis, (iii) by thermal analysis and (iv) by nuclear magnetic resonance. Finally, a comparison with bibliographic data (patents) allowed to suggest and test other secondary factors that should be taken into account to improve the shelf life of these electrochemical devices.

Cette thèse porte sur des expériences de transport électrique à travers des contacts de taille atomique entre deux électrodes métalliques, en particulier dans l'état supraconducteur. Du fait de leurs très petites dimensions, le transport à travers ces contacts est quantiquement cohérent, et dans le cadre général de la physique mésoscopique il se décrit en termes de transmission et réflexion d' ondes électroniques issues des électrodes. Toutes les propriétés de transport d'un conducteur quantiquement cohérent sont alors déterminées par l'ensemble des transmissions des modes propres ou canaux de conduction. Parce que cet ensemble est accessible expérimentalement pour les contacts atomiques, ceux-ci sont des systèmes modèles avec lesquels on peut comparer quantitativement, sans paramètres ajustables, les résultats expérimentaux avec les prédictions théoriques pour des nombreuses propriétés de transport. Nous avons réalisé cette compara/ison pour trois d'entre elles. Tout d'abord, en intégrant des contacts atomiques dans des microcircuits dissipatifs adéquats, nous avons mesuré de façon contrôlée le supercourant Josephson à travers un atome. Notre mesure du supercourant maximum qu'un contact peut transporter est en accord quantitatif avec les prédictions de la vision moderne de l'effet Josephson en termes d'états liés d'Andreev localisés au contact. Ensuite, nous avons mesuré le bruit de grenaille du courant à tension finie dans l'état supraconducteur. Dans ce régime le courant est dû aux processus de réflexions multiples d'Andreev qui transfèrent de façon cohérente des paquets de plusieurs électrons. Nos mesures de bruit grenaille mettent en évidence de façon directe ces paquets géants de charge. Enfin, nous avons mesuré le blocage de Coulomb dans des contacts à l'état normal, placés en série avec une résistance. Dans cette situation, la conductance différentielle du contact est réduite à basse tension et basse température. Ce phénomène de blocage n'avait été exploré jusqu'ici que dans des jonctions tunnel, dans lesquelles tous les coefficients de transmission sont très faibles. En utilisant les contacts atomiques à l'état normal nous avons pu aborder la limite des fortes transmissions. Nous avons montré qualitativement que ce blocage disparaît, tout comme le bruit de grenaille, dans la limite balistique . Cette expérience est la première à illustrer le lien entre le bruit de grenaille et le blocage de Coulomb prédit récemment.