Les techniques d'apprentissage machine se posent de plus en plus comme des outils importants pour l'automatisation de diverses tâches, allant de tâches de contrôle à des tâches d'analyse de données. Le domaine de la microscopie à fluorescence est aussi un domaine qui avance rapidement, avec de plus en plus de techniques de fine pointe à super-résolution permettant de résoudre des structures biologiques de plus en plus petites. Or, l'expertise requise pour générer de bonnes acquisitions peut sembler une épreuve difficile à surmonter, ce qui peut limiter l'application de ces techniques. Il y a donc un intérêt croissant à utiliser des techniques d'apprentissage machine pour assister le microscopiste, ou même contrôler les acquisitions. Mon projet consiste au développement d'outils qui facilitent l'entrainement des méthodes d'apprentissage machine. Vu la quantité importante de données nécessaires pour entrainer ces méthodes, il est d'intérêt de développer des outils permettant de générer des données d'entrainement. Dans cette optique, pySTED, un simulateur de microscopie de super-résolution STED a été développé. Le simulateur permet de générer des données synthétiques d'images STED, ce qui pourrait permettre d'augmenter des jeux de données. Additionnellement, pySTED a été développé dans le but de permettre l'entrainement d'agents d'apprentissage par renforcement en simulation, dans le but éventuel de déployer ces agents pour contrôler un vrai microscope STED. Les résultats obtenus témoignent de l'utilité d'avoir un simulateur pour l'entrainement d'algorithmes d'apprentissage machine. En effet, le nombre de données requises en entrainement démontre l'importance du simulateur dans un domaine où l'acquisition de données peut être couteuse. / Machine learning techniques are increasingly emerging as important tools for automating a variety of tasks, from control tasks to data analysis. Fluorescence microscopy is also a fast-moving field, with more and more cutting-edge, super-resolution techniques making it possible to resolve ever-smaller biological structures. However, the expertise required to generate good acquisitions can be difficult to acquire, which can limit the application of these techniques. There is therefore growing interest in using machine learning techniques to assist the microscopist, or even control acquisitions. My project involves the development of tools to facilitate the training of machine learning methods. Given the large amount of data needed to train these methods, it is of interest to develop tools for generating training data. With this in mind, pySTED, the STED super-resolution microscopy simulator, has been developed. The simulator can be used to generate synthetic data from STED images, which could be used to augment datasets. In addition, pySTED has been developed to enable the training of reinforcement learning agents in simulation, with the eventual aim of deploying these agents to control a real STED microscope. The results of this work demonstrate the difficulty and importance of using a simulator to train machine learning methods. Indeed, the amount of data required to train machine learning models highlights the importance of having access to a simulation platform for domains where data acquisition can be costly.

Cette recherche est centrée sur l’optimisation des réglages au cours de la ventilation artificielle ou ventilation mécanique (support respiratoire fourni aux patients atteints d’insuffisance respiratoire aigüe ou chronique, aux patients opérés ou aux patients dans le coma) avec des outils innovants. Nous avons développé et évalué un outil totalement innovant et original permettant de mesurer la taille des patients alités sous ventilation artificielle et de fournir au clinicien en charge du patient les données pour appliquer une ventilation protectrice. En effet, nous avons démontré l’importance de la taille pour optimiser ce réglage, comparé les méthodes de mesure traditionnelles à des méthodes alternatives pour mesurer les patients alités, et conclu que les méthodes alternatives étaient au moins aussi précises mais plus faciles à utiliser en pratique. Finalement, nous avons développé un outil optique original utilisable avec un iPhone permettant de faciliter la tâche du clinicien pour régler des volumes courants sécuritaires. L’idée de ce projet de doctorat est basée sur la nécessité de l’automatisation de la ventilation mécanique. Il existe un véritable bouleversement en ventilation mécanique depuis quelques années: l’apparition de systèmes réglant automatiquement certains paramètres majeurs du ventilateur sans intervention humaine. Ce virage est lié à un autre bouleversement: le doublement prévu du nombre de patients ayant recours à la ventilation mécanique d’ici à une quinzaine d’années. L’augmentation prévisible du nombre de patients sous ventilation mécanique sans augmentation du nombre de cliniciens à même de prendre en charge ces patients, est un problème majeur de santé publique. Cette augmentation est liée à la pyramide des âges et à la sévérité croissante des patients traités qui présentent de plus en plus de comorbidités. D’autre part, ces systèmes automatisés permettront de réaliser de façon automatisée le « transfert de connaissance ». En effet, il a bien été démontré les difficultés de mise en place des recommandations cliniques. L’utilisation de systèmes automatisés de ventilation pourrait permettre d’implémenter automatiquement les recommandations dans ce domaine et ainsi de réaliser automatiquement le transfert des connaissances. Par exemple, la nécessité de réduire le volume courant au cours du syndrome de détresse respiratoire aigüe (SDRA) pour réduire les lésions induites par la ventilation et la mortalité a été bien démontrée mais les difficultés d’application de ces mesures ont été rapportées dans de nombreuses études. Nous nous sommes concentrés sur ce problème en apparence simple : mesurer simplement les patients sous ventilation artificielle, calculer le poids prédit et le volume courant à utiliser chez les patients. Ce nouveau système pourra probablement aider les cliniciens pour appliquer chez un grand nombre de patients la ventilation protectrice et ainsi réduire les complications associées à la ventilation mécanique. / This research focuses on artificial ventilation or mechanical ventilation (respiratory support provided to patients with acute respiratory failure or chronic patients or operated patients in a coma) under the direction of Dr. François Lellouche at the Research Center of the Quebec Herat and Lung Institute. This research project has several themes: the automation of mechanical ventilation, the technology assessment of material used during mechanical ventilation and weaning from mechanical ventilation. My PhD project is based on the automation of mechanical ventilation (MV). There has been a revolution happening in mechanical ventilation for several years: the emergence of systems without human intervention that automatically adjust certain key parameters such as fan pressure used during the inspiratory phase or frequency of the fan cycles dispensed to patients. This move anticipates another major factor occurring in the health care system: the expected doubling of the number of patients using mechanical ventilation within the next fifteen years. The expected increase in the number of patients on mechanical ventilation without increasing the number of clinicians able to take care of these patients will be a major public health problem. This increase is related to the age and increasing severity of mechanically ventilated patients who have more co-morbidities. On the other hand, these automated systems enable automated knowledge translation (KT). It has been demonstrated that the implementation of clinical guidelines also encounters many barriers. We hope that our automated KT system will help implement recommended lower tidal volumes. For example, the need to reduce the tidal volume during acute respiratory distress syndrome (ARDS) in patients to reduce injuries and mortality has been well documented, but the difficulties in applying these measures have been reported in many studies. We focused on this seemingly simple problem: simply measuring patients with artificial ventilation, calculating the predicted body weight and the tidal volume to use for patients.

La vérification de nettoyage des équipements pharmaceutiques permet de déterminer si la concentration du résidu sur la surface est inférieure à une limite acceptable afin de limiter la contamination croisée. La façon de procéder est de prélever un échantillon sur la surface par écouvillon et de l’analyser par chromatographie liquide à haute performance. Le problème avec cette approche est qu’il peut s’écouler jusqu’à 2 jours avant que le résultat soit obtenu et, durant ce temps, l’équipement nettoyé ne peut être libéré pour produire un autre lot de médicaments. Il existe une opportunité pour le développement d’une nouvelle méthode analytique permettant la quantification en temps réel et sans prise d’échantillon. La nouvelle méthode évaluée utilise la fluorescence ciblée pour la quantification directe de l’ibuprofène. Dans cette preuve de concept, les différents paramètres pouvant influencer le signal sont évalués. La façon de préparer les standards pour l’étalonnage de l’appareil (TraC) est déterminée ainsi que la façon de les analyser. Une première courbe d’étalonnage pour des surfaces en acier inoxydable est validée lors d’une collecte de données in situ et il est déterminé qu’il est impossible d’évaluer la propreté de certains équipements dû à la limite de quantification du TraC et que le TraC possède un biais positif par rapport à la méthode traditionnelle. Suite à cette étude, l’appareil a subi des modifications, une nouvelle courbe d’étalonnage est réalisée et la limite de quantification est réduite. Il est déterminé que la méthode est exacte (pourcentage de récupération situé entre 85 et 115%), précise (écart-type relatif inférieur à 5%) et que les excipients testés n’ont aucun impact sur le signal. L’étalonnage sur l’aluminium, le bronze, le polypropylène et le laiton est réalisé. La preuve de concept pour l’utilisation du TraC pour la quantification de l’ibuprofène est démontrée et il est recommandé d’implanter la méthode dans une première usine. / Cleaning verification is used to assess the cleanliness of pharmaceutical process equipment. Cleanliness is established when the concentration of the residue of a pharmaceutical ingredient is lower than an acceptance limit. The method used to perform this verification consists of collecting a sample using a swab, and to analyze it using high performance liquid chromatography. The issue with this method is that it can take up to 2 days before the results are obtained, and before the equipment can be released for the production of another batch of drugs. Therefore, there is an opportunity to develop a new analytical method to quantify cleanliness in real-time without sampling (contactless). The new method investigated in this thesis uses fluorescence for direct quantification of ibuprofen residue. In this proof of concept, the impact of various parameters on the fluorescence signal was assessed. The best way to prepare the standards and how to analyze them with the instrument (the TraC) were determined. Following the verification of a first calibration curve using in situ data collection, the equipment was modified to allow the evaluation of equipment with an acceptance limit lower than the quantification limit of the TraC. The plant tests also revealed that the TraC always gives a higher concentration than the traditional method. An upgraded unit was calibrated, and the limit of quantification was lowered. It was established that the method is accurate (recovery is between 85 and 115%) and precise (relative standard deviation is lower than 5%), and that the excipients studied have no impact on the signal. Calibration curves were also built for aluminum, bronze, polyethylene and brass. Finally, the proof of concept for the use of the TraC for the cleaning verification of ibuprofen was demonstrated, and it is recommended to implement the method at a first plant.

Th.--Pharm.--Paris 5, 1981. N°: 52.

Ce projet de doctorat s’intéresse à la corrosion du soutènement minier utilisé dans les mines souterraines. Le soutènement minier assure la stabilité et la sécurité des excavations souterraines. Avec le temps, les différents éléments se corrodent et se détériorent. Il peut en résulter des effondrements, des retards de production en plus des coûts associés aux travaux de réhabilitation car, après une certaine période, on doit remplacer le soutènement désuet. Dans les pires situations, il y a des bris d’équipements et, ce que l’on veut éviter à tout prix, des accidents pouvant causer des blessures ou même des décès. Des observations en microscopie démontrent que la corrosion semi-uniforme est généralement présente ainsi que des piqûres et des crevasses. Ces dernières ont une influence sur la capacité en tension des éléments de soutènement. Une caractérisation des environnements aqueux et atmosphériques a été réalisée dans diverses mines à l’aide de coupons de corrosion. Les taux de corrosion sont variables d’une mine à l’autre ainsi qu’à l’intérieur d’une même mine. La corrosion aqueuse est plus agressive que la corrosion atmosphérique. Cependant, des taux de corrosion élevés ont été mesurés dans des exhaures de ventilation. Les coupons en acier galvanisé ont mieux performé, après 1 an, que ceux en acier noir. À partir des résultats des coupons de corrosion et des divers essais réalisés, il a été possible de déterminer des pertes de capacité en fonction des épaisseurs et/ou des taux de corrosion de l’acier. Des paramètres permettant de caractériser les environnements atmosphériques et aqueux sont proposés. Un guide de description de la corrosion, afin d’estimer les taux de corrosion et la capacité du soutènement, a été élaboré. Des organigrammes de planification du soutènement ainsi que de suivi sont présentés. Les résultats de ce projet de recherche seront utiles pour les gens œuvrant en contrôle des terrains dans des ouvrages souterrains en milieu rocheux.

Ce mémoire porte sur la conception, l'assemblage et la calibration d'un système permettant l'acquisition de l'apparence et de la géométrie d'objets. Une première section porte sur la conception du système, c'est-à-dire sur le choix de son design et sa réalisation. Ensuite, les calibrations nécessaires au fonctionnement du système sont présentées. Les calibrations géométriques et radiométriques des caméras sont tout d'abord réalisées. Ensuite, les sources de lumière sont à leurs tours calibrées géométriquement et radiométriquement. Finalement, une application de stéréo photométrique est effectuée. Enfin, nous modélisons la fonction de réflectance de quelques objets.

Les cuves d'électrolyse utilisées pour la production aluminium sont soumises à des variations de la qualité des matières premières, à des perturbations diverses encourues en cours de production ou en cours de démarrage. Il est connu que ces perturbations ont un impact sur la durée de vie des cuves ainsi que sur l'efficacité de production, métallurgique et énergétique. L'amélioration des performances passe nécessairement par une meilleure compréhension des sources de variations. Plusieurs travaux ont été présentés jusqu'à présent par le biais d'études univariées entre les différents facteurs et les performances. Cependant, dans ces études, le comportement des cuves n'est pas étudié de manière multivariée, ce qui ne permet pas d'étudier les interactions entre les différentes variables. Cette thèse propose d'étudier les facteurs affectant les performances des cuves d'électrolyse, précisément la duré de vie, le rendement Faraday et la consommation énergétique, par le biais de méthodes statistiques multivariées (PCA et PLS). Premièrement, il est démontré que la durée de vie des cuves est expliquée à 72% en utilisant l'information provenant des préchauffages, des démarrages et de l'opération transitoire, démontrant ainsi l'effet de ces étapes sur la durée de vie des cuves. Cette étude est suivie d'une analyse des facteurs affectant l'efficacité de courant et la consommation énergétique des cuves. L'effet de la qualité de l'alumine, des anodes, des variables manipulées, et des variables d'états des cuves permet d'expliquer 50% des variations des performances. Cette étude démontre l'importance du contrôle de la hauteur de bain. Ainsi, une étude approfondie des facteurs affectant la hauteur de bain est effectuée. La composition du produit de recouvrement des anodes a un impact majeur sur la hauteur de bain. Malheureusement, il est présentement impossible de bien effectuer le suivi et le contrôle de cette composition puisque seulement quelques échantillons sont analysés quotidiennement. Afin de palier à ce manque, cette thèse présente une nouvelle approche, basée sur l'analyse d'image, pour prédire la composition du produit de recouvrement. Cette application faciliterait le suivi et le contrôle de la composition, ce qui améliorerait le contrôle de la hauteur de bain permettant ainsi d'améliorer les performances des cuves.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2010-2011 / Le présent mémoire fait état des travaux visant à améliorer les performances des amortisseurs hydrauliques ajustables utilisés sur des fauteuils-ski. Une étude de la documentation scientifique sur les phénomènes régissant le comportement des amortisseurs hydrauliques est d'abord effectuée. Un modèle d'amortisseur nominal est ensuite élaboré à l'aide d'équations hydrauliques simples afin de prédire l'effet des ajustements sur la courbe force-vitesse d'un spécimen fabriqué par la compagnie Elka. Des essais expérimentaux sont effectués sur l'amortisseur Elka modélisé, et les courbes mesurées sont comparées avec les courbes nominales. Afin d'expliquer les différences observées, l'effet d'autres paramètres, dont la température et la présence d'éléments élastiques, est étudié à l'aide d'une simulation numérique basée sur une modélisation bond graph.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2016-2017 / Cette thèse synthétise la conception d'une plateforme de marche destinée à la réadaptation des membres inférieurs pour le mouvement de la marche. L'automatisation du travail des thérapeutes, la réduction de leur charge de travail et la diversification des exercices pour les patients est un atout par rapport aux outils existants sur le marché tels que les tapis roulants ou les allées instrumentées pour la réadaptation. La conception d'une interface de locomotion pour la simulation de la marche présente des défis en terme de performance et de stabilité du mécanisme, de même que pour assurer la sécurité de l'utilisateur. L'équilibre de l'utilisateur doit être préservé grâce à une interaction humain-robot souple durant la phase d'élancement du pied et une sensation de rigidité lors de la phase d'appui. Dans un premier temps, la thèse présente le mouvement de la marche humaine pour trois types de milieux, c'est-à-dire la marche au sol, la marche d'escalier ascendante et la marche d'escalier descendante. Entre autres, le chapitre 1 cible les points essentiels de la cinématique et de la dynamique des membres inférieurs afin d'établir les exigences physiques pour la conception de la plateforme de marche. Le chapitre 2 introduit l'architecture mécanique de l'interface de locomotion basé sur deux systèmes indépendants de courroies déplaçant les deux effecteurs dans les translations horizontale et verticale, correspondant au plan sagittal dans lequel la majeure partie du mouvement de marche s'effectue. L'architecture du routage de courroies découple les degrés de liberté et simplifie ainsi la commande de la plateforme en séparant chaque degré de liberté en système indépendant. Cette architecture augmente également le rendement des efforts articulaires transmis aux effecteurs comparativement à un système dont les degrés de liberté sont co-dépendants. La thèse introduit ensuite la commande mise en place pour l'interaction entre le mécanisme et l'opérateur. Les exigences cinématiques et dynamiques diffèrent selon la phase d'élancement et la phase d'appui de la marche. Ainsi, le chapitre 3 présente la stratégie mise en place dans la direction horizontale pour minimiser les forces d'interaction entre l'utilisateur et l'effecteur. La commande en force permet, dans un premier temps, de diminuer l'inertie apparente de l'effecteur ressentie par l'utilisateur. Par la suite, un mécanisme passif à câbles est utilisé en tant qu'interface pour réduire davantage l'impédance ressentie du système. Le chapitre 4, quant à lui, décrit la stratégie mise en place pour gérer la phase d'appui de la marche afin de générer la contrainte rigide nécessaire à la simulation du sol virtuel. Le chapitre introduit la commande pour générer la limite virtuelle ainsi que la mise en place du système d'équilibrage statique à ressort à gaz pour diminuer le travail des moteurs et supporter le poids de la personne. Finalement, le chapitre 5 introduit la commande haut niveau pour générer le mouvement infini sur l'interface de locomotion avec un algorithme de recul, ramenant l'utilisateur dans la direction opposée à son mouvement pour générer l'espace nécessaire aux prochaines phases de marche, dans la direction horizontale comme pour le fonctionnement d'un tapis de course et dans la direction verticale, comme pour le fonctionnement d'un escalier mécanique inversé. / This thesis summarizes the design of a locomotion interface for gait rehabilitation. The aim of the mechanism is to alleviate the workload of therapists by automating the repetitive movements involved in the rehabilitation exercises. Moreover, by offering a larger panel of exercises, the locomotion interface should be an asset compared to standard treadmills or rehabilitation walkways. Walking simulation is a challenge in terms of performance, power and safety since the mechanism includes the user in the workspace of the effectors. The balance of the user should be ensured during the swing phase with a reduced human-robot interaction and reliable during the stance phase. First, Chapter 1 describes the walking motion, the stair climbing up and down movement and highlights their main kinematic and dynamic features. Chapter 2 then introduces the architecture of the locomotion interface based on independent belt routings which transmit the movement to two end-effectors that carry the user. Each foot platform has two degrees of freedom (dofs) corresponding to the horizontal and vertical translations in the sagittal plane. Decoupling the dofs simplifies the control of the locomotion interface and increases the efficiency of the torque of the motor sent to the end-effectors compared to systems with co-dependent degrees-of-freedom. Then, the thesis presents the strategies used to supervise the human-robot interaction. The kinematic and dynamic requirements are different during the swing phase and the stance phase of the human gait. Therefore, Chapter 3 introduces the force controllers that lighten the apparent inertia of the mechanism as well as the additional mechanism based on passive cables in order to further alleviate the impedance of the effector. Chapter 4 presents the controller that generates the vertical virtual constraint in order to produce the required reliable floor during the stance phase. The rendering of the virtual environment is improved with the implementation of a static balancing system based on gas springs that alleviates the workload of the motors that handle the weight of the user. Finally, Chapter 5 introduces the cancellation algorithm that generates the infinite environment. Horizontally, the user is brought backward such as on a treadmill. Vertically, the user is moved in the opposite direction of his/her movement such as in a reversed escalator.

Au Québec, plusieurs ouvrages d'art et infrastructures routières en béton sont en mauvais état en raison d'un manque d'entretien combiné aux effets d'un climat rigoureux. Pour continuer à offrir aux usagers un service sécuritaire tout en minimisant les délais et interruptions, les gestionnaires doivent souvent recourir à des techniques et matériaux permettant des interventions rapides. Ainsi on fait régulièrement appel à des matériaux de réparation à prise rapide et/ou à haute résistance initiale. Malheureusement, ces matériaux présentent parfois des problèmes de fiabilité, notamment sur le plan rhéologique et du point de vue de la durabilité. Dans le projet faisant l'objet du présent mémoire, des essais ciblés ont été effectués sur une sélection de matériaux en vue d'en caractériser la performance et la robustesse. Il a été démontré que certaines catégories de matériaux peuvent offrir la robustesse recherchée, mais que leur sélection doit être effectuée en regard des conditions d'utilisation et d'exposition, en particulier celles prévalant lors de l'intervention. Les recommandations sont faites pour les 3 grandes catégories de matériaux, en fonction du délai avant une remise en service. En deçà de 3 heures, les mortiers de ciment d'aluminate de calcium (CAC) et mortiers étendus de ciment de phosphate de magnésium (PMG-E) sont les meilleures options. Pour les mélanges avec accélérateurs de prise et une remise en service entre 8 et 24 heures, le mélange sans chlorure (SA) s'avère être une bonne option. Pour les matériaux de type HE (ciment à haute résistance initiale) et une remise en service variant de 12 à 20 heures, le HE1 se révèle être une option envisageable. Ces conclusions sont faites suite à l'analyse des résultats des divers essais et températures étudiés ainsi que les composantes et paramètres utilisés.