Made available in DSpace on 2016-03-15T19:35:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Odilon Moura Guimaraes Junior.pdf: 3129591 bytes, checksum: ed51f5550fa4fa1c61e9e8289b9b9671 (MD5) Previous issue date: 2015-12-10 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work aims the study of the stochastic characteristics of solar flares with data in the sub millimeter wavelength range, in order to identify the flare evolving mechanisms. We shall apply the wavelet transformation, as a mathematical tool. The wavelet coefficients are squared and normalized by the squared wavelet coefficient mean to get specific indices known as Local Intermittence Measure (LIM). We generate 2D graphics with time and timescale axes to identify episodes that can represent intermittent behavior over the flare development, trying to find participative structures that could be associated to energy release models: either from small structures increasing in number and size resulting in a large explosive region, the so called Avalanche models; or on the other way, when a single energy release fragments into smaller and smaller regions, recognized as a Cascade . In both cases we try to verify whether the flare evolution follows a deterministic behavior rather than simply random episodes. / Este trabalho tem o propósito de estudar características aparentemente estocásticas das explosões solares, a partir de dados observacionais na faixa dos comprimentos de ondas submilimétricos procurando identificar a forma como elas evoluem. Aplicaremos para esse estudo a transformação wavelet como ferramenta matemática. Os coeficientes wavelet são elevados ao quadrado e normalizados para obter índices específicos denominados de Medida de Intermitência Local (LIM = Local Intermittence Measure). Estes geram gráficos em um plano com eixos temporal e escalar, onde podemos identificar episódios durante uma explosão que definitivamente representem comportamentos intermitentes permitindo visualizar ao longo do desenvolvimento da explosão os mecanismos de evolução das explosões solares: seja a partir de pequenas estruturas que aumentando em número e dimensões terminam formando uma grande região explosiva, seguindo um modelo do tipo Avalanche ; ou no caminho inverso, onde uma única explosão segue se fragmentando em regiões cada vez menores seguindo a tendência de um modelo do tipo Cascata . Em ambos os casos procuraremos notar se a evolução das explosões segue comportamentos determinísticos ao invés de simplesmente aleatórios.

La dynamique granulaire amenant à l'état critique présente un intérêt dans la compréhension de la déstabilisation menant à l'avalanche. Son étude permet d'avoir des pistes de compréhension sur des mécanismes plus complexes telles les catastrophes géophysiques (séismes, glissements de terrain, éboulements). Ainsi, lorsqu'un milieu granulaire tridimensionnel sous gravité est quasi-statiquement incliné, des précurseurs sont observés à partir d'une dizaine de degrés avant l'avalanche. Ces précurseurs correspondent à des réarrangements collectifs de grains observés à la surface qui apparaissent pseudo-périodiquement avec l'angle d'inclinaison. Cette thèse fournit une caractérisation expérimentale des précurseurs détectés à la surface par méthode optique et dans le volume par méthodes acoustiques (linéaire et non linéaire). Tout d'abord, de bonnes corrélations sont trouvées entre les réarrangements à la surface et dans le volume. Dans un second temps, l'étude est poursuivie avec une liste non exhaustive de paramètres influant sur les propriétés des précurseurs. L'état de surface des grains est crucial pour la dynamique des précurseurs. Puis, une tentative de description de la déstabilisation est réalisée avec notamment la mesure de la variation des paramètres élastiques. Les précurseurs d'avalanches correspondent à des pertes successives de rigidité du système, suivies du renforcement de ce dernier. / The granular dynamics leading to the avalanche is of interest in understanding the destabilization conducting to one. Its study implies a good train of throught in the understanding of more complex mechanisms such as geophysical disasters (earthquakes, landslides, rockslides). Thus, when a three-dimensional granular medium under gravity is quasi-statically tilted, precursors are observed from the tilt of ten degrees before the avalanche. These precursors correspond to collective rearrangements of grains observed on the free surface which appear pseudo-periodically with the angle of inclination. In order to understand this phenomenon, the thesis presents an experimental characterisation of the precursors detected on the surface by optical method and in the bulk by acoustic methods (linear and nonlinear). Firstly, good correlations were found between the surface and bulk rearrangements which led to extending the study with a non-exhaustive list of parameters affecting the precursors properties. The surface features of the grains have appeared to be particularly crucial in the precursors dynamics. Finally, an attempt at a description of the destabilization is approached with the measurement of the variation of the elastic parameters revealing that precursors of avalanches correspond to successive loss of rigidity of the system, followed by hardening of the latter.

La dynamique du déclenchement des avalanches dans un milieu granulaire lentement incliné passe par trois phases; (1) des petits réarrangements locaux et indépendants de grains (2) suivis de mouvements collectifs, successifs et quasi-périodiques, appelés 'précurseurs' (3) finissant par une avalanche. Cette dynamique peut dépendre de nombreux paramètres. Dans cette thèse, nous avons étudié, par des mesures optiques et acoustiques, la réponse du milieu granulaire soumis à une inclinaison lente de son container. Nous avons déterminé l'importance du choix de la puissance du signal acoustique sur nos mesures. Nous avons observé l'effet de l'état de surface des grains sur l'apparition des précurseurs et sur l'occurrence de l'avalanche. Nous avons réalisé des cycles d'inclinaison allant de -θ à +θ se terminant par une avalanche . Nous avons mis en évidence l'influence de l'angle du cycle θ sur les précurseurs et l'angle d'avalanche final. Nous avons aussi étudié des milieux granulaires soumis à des taux d'humidité comprises entre 40 et 96, par des mesures optiques surfaciques et latérales. Nous avons montré que les angles d'avalanche et l'apparition des premiers précurseurs dépendent de la taille des grains mais aussi de l'humidité. Cette dépendance est liée aux forces de cohésion qui sont relativement plus élevées à forte humidité et qui compensent la force de gravité pour des petits grains. Enfin, nous avons montré l'importance d'une diffusion homogène de l'humidité dans le milieu sur son comportement. L'impact de la mouillabilité des grains a été aussi abordé. / The dynamics of avalanche triggering in a slowly inclined granular medium passes through three phases; (1) small local and independent rearrangements of grains (2) followed by collective, successive and quasi-periodic movements, called 'precursors' (3) ending in an avalanche. This dynamic can depend on many parameters. In this thesis, we have studied, by optical and acoustic measurements, the response of the granular medium subjected to a slow inclination of its container. We determined the importance of choosing the power of the acoustic signal on our measurements. We observed the effect of the grain surface condition on the occurrence of precursors and the occurrence of the avalanche. We performed tilted cycles ranging from -θ to +θ ending in an avalanche. We have demonstrated the influence of the θ cycle angle on the precursors and the final avalanche angle. We have also studied granular media with moisture contents between 40 and 96%, by surface and lateral optical measurements. We have shown that the avalanche angles and the appearance of the first precursors depend on the grain size but also the humidity. This dependence is related to cohesive forces that are relatively higher at high humidity and that compensate for the force of gravity for small grains. Finally, we have shown the importance of a homogeneous diffusion of moisture in the environment on its behavior. The impact of grain wettability was also discussed.

Les avalanches de plaque représentent un risque naturel majeur dont la prévision demeure très difficile. Le manque de lois constitutives fiables à l’échelle du matériau rend difficiles les tentatives de modélisation de ce phénomène. Plus spécifiquement, la réponse mécanique de la neige durant et après la rupture, dans des régimes de chargements rapides , demeure relativement méconnue. La nature particulièrement fragile du matériau au sein de ce régime de déformation rend ardue la réalisation d’expériences et complique l’observation à l’échelle microstructurale.Dans ce travail de thèse, un modèle numérique de neige fondé sur la Méthode des Éléments Discrets a été développé en tant qu’alternative aux expériences. Le modèle nous permet de simuler la réponse de la neige à des chargements mécaniques en tenant compte de la microstructure réelle du matériau grâce à l’intégration d’images acquises par microtomographie à rayons X en entrée du modèle. La neige est considérée comme un matériau granulaire cohesif, et une méthode originale a été développée afin de modéliser la forme de chaque grain. Les grains individuels sont ensuite assemblés pour reconstituer la matrice de la neige grâce à la prise en compte de lois de contact cohésives.Le modèle a été utilisé afin d’explorer la réponse mécanique macroscopique de différent échantillons de neige à un chargement mixte normal-cisaillant. Trois modes de rupture ont été observés dans tous les échantillons de neige testés, en fonction du niveau de contrainte normale appliquée : une rupture en cisaillement localisée pour des niveaux de contrainte normale faibles (mode A), un effondrement normal induit par rupture en cisaillement à des niveaux intermédiaires de contrainte normale (mode B) et un effondrement normal pour des valeurs de contrainte normale élevées (mode C). Ces différents modes de rupture produisent une enveloppe de rupture fermée dans l’espace des contraintes, ce pour les différents types de neige étudiés.Les mécanismes internes conduisant à l’effondrement normal des échantillons ont été étudiés plus en détail à l’échelle microscopique. Il a été montré que ce mode de rupture était associé à un mécanisme de flambement des chaînes de force. En outre, la stabilité de ces chaînes de force semble être contrôlée par les contacts entre les éléments des chaînes et les grains environnants. La rupture de ces contacts, observée dans les modes B et C, autorise le développement du flambement des chaînes de force et aboutit à l’effondrement volumique. / Dry slab snow avalanches represent a major natural hazard that is extremely difficult to manage. Attempts to model this phenomenon are hindered by the lack of a constitutive law that would describe the mechanical behaviour of snow on a material scale. In particular, relatively little is known on the failure and post-failure response of snow at high loading-rates. The highly fragile nature of the material in this deformation regimerenders experimental investigation difficult and complicates observation at the microstructural level.As an alternative to experiments, a Discrete Element Method-based numerical model of snow is developed in this thesis. The model enables us to simulate the response of snow to mechanical loading, while accounting for actual snow microstructure by using X-ray attenuation images of snow microstructure as input. Snow is considered as a cohesive granular material and an original methodology is developed in order to model the shape of each grain. Individual grains are bound into the snow matrix by modelling cohesion between neighbouring grains.The model is then used to explore the macroscopic mechanical response of different snow samples to mixed-mode loading. Three typical modes of failure are observed in all tested snow samples, depending on the level of applied normal stress: a localized shear failure at low normal stress (mode A), a shear failure-induced volumetric collapse at intermediate levels of normal stress (mode B), and a normal failure and collapse for high values of normal stress (mode C). The observed failure modes result in closed failure envelopes and no qualitative difference is observed between the mechanical responses of different snow types.The internal mechanisms that lead to volumetric collapse are further examined on the microscale. Force chain buckling is identified as a trigger of this material instability. Additionally, force chain stability appears to be controlled by the contacts between the force chain members and the surrounding grains. The failure in these contacts, which is evidenced in modes B and C, allows force chain buckling to develop and results in subsequent volumetric collapse.

Dans le contexte écologique actuel, les équipementiers automobiles européens sont dans l’obligation de développer des systèmes innovants afin de réduire les rejets de gaz à effet de serre des véhicules. Les nouvelles applications électroniques micro-hybrides exigent le développement de stratégies quant à l’intégration des systèmes et la réduction des pertes. Ainsi, une proposition a consisté à réaliser des modules de puissance constitués de transistors MOSFETs basse tension fort courant. L’application de type alterno-démarreur plus communément nommée « Stop & Start »exige des composants toujours plus robustes et fiables du fait de la sollicitation en mode d’avalanche sous des températures pouvant atteindre 175°C.Les travaux de recherche présentés dans cette thèse portent donc sur l’aspect d’optimisation de la robustesse et de la fiabilité des composants. Tout d’abord, il était essentiel de comprendre l’avalanche et ses enjeux pour la technologie. Ensuite dans ce contexte, le procédé notamment autour de l’oxyde de grille a été amélioré afin de garantir la tenue en mode de sollicitation grille-source et grille-drain pour satisfaire les exigences de fiabilité. En outre, le développement d’un test innovant de la puce, dérivé du QBD, a permis d’évaluer précisément les modifications apportées sur le procédé de fabrication et d’être corrélé avec les résultats des essais de fiabilité. Enfin, le cycle de vie d’un MOSFET nécessite un suivi qualité précis qui se compose de deux aspects essentiels. En premier lieu, le suivi des paramètres électriques et de leur dérive par une analyse statistique « postprocessing». En second lieu, la mise en place d’un outil de traçabilité du module à la puce pour traquer les éventuels rejets dans l’application finale et remonter à la cause d’origine. Toutes les innovations présentées, dans ce mémoire, s’inscrivent dans une démarche novatrice de l’amélioration continue de la qualité des composants de type MOSFET de puissance / In the current ecologic context, the European automotive suppliers have to develop innovating systems inorder to reduce greenhouse gas rejects produce by vehicles. The new mild-hybrid electronic applications require the development of new strategies due to their integration and the reduction of power losses.Thereby, a proposition consisted in creating power modules constituted by MOSFETs characterized by alow blocking voltage under high current. The starter alternator reversible application also named “Stop &Start” requires robust and reliable components in order to support a high current solicitation in avalanche mode for temperatures up to 175°C.Research work presented in this thesis concerns the robustness and reliability enhancement of MOSFET components. First of all, the important part is about avalanche mode understanding and their issues. Inthis context, the fabrication process is a main part for quality and reliability requirements. Then, the workis focused on gate oxide process quality in order to hold gate-source and gate-drain stress modes.Moreover, the development of an innovating test at wafer level derivate from QBD test, allowed the precise evaluation of process modification thanks to the correlation with reliability campaign results. Finally, theMOSFET life cycle needs a quality monitoring constituted by two main steps. The first one is the monitoring of electrical parameters in time with a post-processing statistical analysis. The second one is the use of a traceability tool between the power module and the silicon die in order to highlight possible defects in the final starter alternator application, and understand failure root causes. The innovations presented in this thesis are included in the continued improvement approach for MOSFETs quality and robustness enhancement.

Les travaux présentés dans ce mémoire s'inscrivent dans le contexte du Groupe de Recherche en Appareillage Médical de Sherbrooke (le GRAMS), qui cherche à développer des capteurs de photons plus sensibles et plus performants, destinés à être utilisés pour détecter des photons provenant de cristaux scintillateurs notamment utilisés en tomographie d'émission par positrons. L'objectif principal du travail accompli est de faciliter la caractérisation de diodes monophotoniques à avalanche (single-photon avalanche diodes, SPAD) développées sur une technologie CMOS. Cette caractérisation couvre ce qui a trait à l'efficacité de photodétection, la résolution temporelle, les fausses détections, le redéclenchement intempestif, et la diaphonie. Un objectif optionnel est la mise au point d'un circuit réalisant la lecture d'une matrice de SPAD co-intégrée à l'aide d'un procédé d'empilement de circuits intégrés en 3D (3DIC). Ce mémoire de maîtrise présente les circuits électroniques intégrés (sur procédé CMOS 0,8μm haut voltage) et imprimés faisant partie du système électronique mis sur pied pour répondre aux objectifs du projet. Tel qu'il est démontré vers la fin du mémoire, le système a été utilisé pour caractériser des SPAD. Il a permis d'atteindre des performances dignes de l'état de l'art en circuits de contrôle de SPAD. Des améliorations au système sont proposées et seront implémentées sur des versions ultérieures.

Ce mémoire porte sur l'évaluation et l'amélioration des performances du premier appareil commercial de Tomographie d'Émission par Positrons (TEP) pour petits animaux basé sur des détecteurs à photodiode avalanche (PDA) et une électronique de traitement entièrement numérique. Cet appareil est la version améliorée d'un premier prototype TEP basé sur les PDA datant de 1995. Cette nouvelle version a été conçue sur une plateforme électronique numérique pour améliorer à la fois la résolution spatiale, permettant de détecter de plus petites structures chez la souris, et la sensibilité afin d'injecter une dose de radiotraceur plus faible à l'animal. Le but d'utiliser une électronique numérique était d'augmenter la flexibilité du traitement des signaux pour l'adapter selon de nouvelles applications. Afin de vérifier toutes ces caractéristiques potentielles, nous avons effectué une évaluation systématique et exhaustive des performances de ce nouveau scanner (désigné sous le sigle commercial « LabPET ») pour l'application en imagerie moléculaire. Des procédures d'ajustement automatique de plusieurs paramètres du scanner, dont la tension de polarisation des détecteurs PDA dans les conditions optimales d'opération, ont été mises au point pour faciliter l'étalonnage du grand nombre de détecteurs (1536 ou 3072 selon la version du scanner). Une technique pour normaliser les délais temporels de chaque détecteur a permis d'améliorer les performances temporelles du scanner et la qualité d'image. Cette technique a aussi servi à caractériser de façon individuelle les détecteurs au niveau de leur résolution en temps, ce qui permet de connaître leurs performances et de suivre leur possible dégradation à long terme. Par la suite, les performances de l'appareil pour l'imagerie, telles que la résolution spatiale et temporelle, la résolution en énergie, la sensibilité, le temps mort et le taux de comptage, ont été mesurées en suivant dans la mesure du possible les recommandations des normes de la National Electrical Manufacturers Association (NEMA) pour l'évaluation d'appareils d'imagerie. De plus, des balises pour l'élaboration de protocoles d'acquisition ont été établies afin d'obtenir des images optimales. Pour ce faire, une caractérisation plus exhaustive de la qualité d'image à l'aide de mires et d'images de rats et de souris a été réalisée. Deux appareils avec champ axial de 3.75 et 7.5 cm ont été caractérisés dans le cadre de ce projet de maîtrise. À la suite de toutes les améliorations apportées à l'appareil et à la lumière des résultats obtenus, la plupart des concepts utilisés pour la fabrication de l'appareil ont conduit à des images de qualité supérieure.

The problem of heating the solar corona requires the conversion of magnetic energy into thermal energy. Presently, there are two promising mechanisms for heating the solar corona: wave heating and nanoflare heating. In this thesis, we consider nanoflare heating only. Previous modelling has shown that the kink instability can trigger energy release and heating in large scale loops, as the field rapidly relaxes to a lower energy state under the Taylor relaxation theory. Two distinct experiments were developed to understand the coronal heating problem: the avalanche effect within a multiple loop system, and the importance of thermal conduction and optically thin radiation during the evolution of the kinked-unstable coronal magnetic field. The first experiment showed that a kink-unstable thread can also destabilise nearby threads under some conditions. The second experiment showed that the inclusion of thermal conduction and optically thin radiation causes significant change to the internal energy of the coronal loop. After the initial instability occurs, there is continual heating throughout the relaxation process. Our simulation results show that the data is consistent with observation values, and the relaxation process can take over 200 seconds to reach the final relaxed state. The inclusion of both effects perhaps provides a more realistic and rapid heating experiment compared to previous investigations.

The Wanganui-Wilberg landslide lies between Hokitika and Franz Josef townships, at the entrance of Harihari, on the true left bank of the Wanganui River, by State Highway 6. This apparently co-seismic landslide belongs to the class of events called rock avalanches - powerful destructive agents (Keefer, 1984) in the landscape. Other rock avalanches are numerous (Whitehouse, 1983), and widespread over the Southern Alps of New Zealand, and many appear to be co-seismic. De Mets et al. (1994) used the model NUVEL-1A to characterize the motion of the Alpine fault: 37 mm/year at an azimuth of 071° for the strike-slip and a dip-slip of 10 mm/year normal to the strike direction. Although linear when seen from the sky, the detailed morphology of the fault is more complex, called en échelon (Norris and Cooper, 1997). It exhibits metamorphosed schists (mylonite series) in its hanging wall (McCahon, 2007; Korup, 2004). Earthquakes on the Alpine fault have a recurrence time of c. 200-300 years and a probability of occurrence within 100 years of 88% (Rhoades and Van Dissen, 2002). Thought to have been triggered by the AD1220 event (determined by dendrochronology), the Wanganui-Wilberg rock avalanche deposit represents only 20% of its original volume, which was c. 33 million cubic metres. The deposit probably dammed the Wanganui River and, as a result, created a small and short-lived lake upstream. The next earthquake capable of triggering such events is likely to occur fairly soon (Yetton, 1998). Knowledge of historic catastrophic events such as the Wanganui-Wilberg rock avalanche is of crucial importance in the development of future hazard and management plans.

Au cours des dernières années, la tomographie d'émission par positrons (TEP) s'est imposée comme l'outil diagnostique par excellence pour déceler la présence de tumeurs et caractériser leur statut métabolique. Comme les images TEP souffrent généralement d'une localisation anatomique imprécise, le diagnostic est d'autant plus fiable lorsque l'information fonctionnelle et moléculaire fournie par la TEP peut être complétée par l'information anatomique détaillée obtenue par une autre modalité d'imagerie comme la tomodensitométrie (TDM) ou l'imagerie par résonance magnétique (IRM). L'émergence de l'imagerie multi-modale TEP/TDM (ou"PET/CT") permet d'obtenir, à tour de rôle, l'information anatomique et métabolique du patient en effectuant successivement les examens TDM et TEP sans avoir à déplacer le patient d'une salle à l'autre, ce qui facilite beaucoup les procédures de recalage d'images. Toutefois, il peut arriver, vu le déplacement du lit du patient d'un scanner à l'autre, que le patient bouge volontairement ou involontairement (mouvement péristaltique, cardiaque ou pulmonaire), ce qui cause des imprécisions dans les images fusionnées. Afin d'éviter ce problème, un simulateur TEP/TDM reposant sur un système de détection commun, celui du scanner LabPET(TM), a été développé. Détectant à la fois le rayonnement émis par le radiotraceur utilisé en TEP et les rayons-X de plus faible énergie utilisée en TDM, des images TEP/TDM ont été obtenues sans aucun déplacement du sujet. Pour obtenir ces images, des algorithmes numériques de traitement de signal ont été développés afin de diminuer l'empilement de signaux et ainsi mieux discerner les photons incidents du niveau de bruit électronique. De plus, des algorithmes de reconstruction d'images adaptés à la géométrie du simulateur ont été développés. Les résultats obtenus ont démontré qu'il est possible d'obtenir, avec relativement peu de radiations ionisantes, des images anatomiques avec un contraste suffisant pour l'imagerie moléculaire. Cependant, la résolution spatiale obtenue avec cet appareil n'était pas suffisante pour bien identifier les structures anatomiques fines chez la souris (le modèle animal par excellence en recherche biomédicale). Le détecteur LabPET II, dont les pixels font 1.2 × 1 2 mm[indice supérieur 2] a donc été développé afin d'atteindre une résolution submillimétrique en imagerie TEP et de l'ordre de 500 [micro]m en imagerie TDM. Fabriqué à partir de deux matrices de photodiodes avalanches, ce détecteur comptant 64 canaux d'acquisition individuels a été caractérisé ainsi que son électronique. Le rehaussement du simulateur avec ces détecteurs permettra de construire sous peu le premier appareil TEP/TDM avec un nouveau système de détection. Les applications de ce type d'appareil en recherche sur modèle animal sont nombreuses et diversifiées : étude de la croissance normale, étude de l'évolution des maladies et évaluation de l'efficacité des thérapies, développement de produits radiopharmaceutiques, etc.... Chez l'humain, l'approche TEP/TDM combinée proposée permettra d'améliorer la détection précoce des cancers et de faciliter le suivi des patients sous thérapie grâce à une réduction importante des doses de radiations.