L’optique adaptative est une technologie s’intégrant de plus en plus à de nombreuses applications, de la capture d’images astronomiques à la transmission de données en télécommunication, tout en passant, par exemple, par l’amélioration des diagnostics en ophtalmologie. Son atout principal réside dans un miroir déformable lui permettant d’améliorer un signal dégradé par des perturbations. Il existe une grande variété de miroirs déformables. Certains ont une surface continue ; d’autres sont segmentés. Toute une batterie de techniques sont employées pour déformer et contrôler leur surface : des systèmes hydrauliques, piézoélectriques, électrostatiques et magnétiques ont été développés au fil des dernières années. Les derniers nés durant cette évolution technologique sont les miroirs ferrofluidiques. Les miroirs ferrofluidiques ont de nombreux points forts. Outre leur faible coût de conception, ils ont la capacité de fournir de grandes amplitudes (de l’ordre du millimètre) de déformation sous l’influence d’une combinaison de champs magnétiques. Ces miroirs sont développés et étudiés au sein des laboratoires du COPL à l’université Laval. Ils sont l’objet principal sur lequel s’appliquera le présent travail. Actuellement, le nombre sans cesse croissant des actionneurs oblige le développement de méthodes optimales de contrôle. Selon le domaine d’application, une image ou un signal capté nécessitera une dizaine, voire plusieurs centaines de corrections par seconde. Il est donc important que les calculs se fassent rapidement. D’autre part, ce nombre croissant d’actionneurs amène la question de la meilleure stratégie à suivre pour le contrôle optimal de la surface du miroir. Doit-on se restreindre à l’utilisation d’un unique contrôleur ou, au contraire, à en multiplier leur nombre au point que chaque actionneur possédera son propre contrôleur ? Quelle que soit la stratégie déployée, la phase de calibration est une étape clé. Pour un contrôleur en optique adaptative, elle est assez simple même si elle s’avère parfois longue lors de la recherche des paramètres optimaux. Quelle est la meilleure méthode pour calibrer le contrôleur ? Une calibration automatisée est-elle envisageable ? Peut-on espérer que le contrôleur évolue et s’adapte si les conditions ambiantes changent et cela sans intervention humaine ? Plus en avant, les questions suivantes concernent la mise en application de la stratégie : est-elle aisément applicable ? Sous quelles conditions ? Y aura-t-il des limitations ? Si oui, sont-elles significatives ? Sont-elles insurmontables ? Le présent travail tente de répondre à ces questions dans le cadre du contrôle de miroirs ferrofluidiques, quel que soit le contexte de l’utilisation d’un tel miroir. L’objectif final est de développer un contrôleur évolutif et optimal capable de gérer un système équipé aussi bien de quelques dizaines d’actionneurs que de plusieurs centaines, et s’ajustant de lui-même aux conditions environnementales sans cesse en évolution. / Adaptive optics is an evolving technology and integrated part of many applications. Its contributions extend from the astronomical imaging to the data transmission in telecommunications domain including the improvement of ophthalmologic diagnostics. Its main asset consists of its deformable mirrors and, thus, its ability to correct a signal degraded by random perturbations. There are many kinds of deformable mirrors. These with a continuous surface and also with several segments. A great variety of methods exists to control the surface geometry: hydraulics, piezoelectric, electrostatic and magnetic systems have been developed in the last years. The most recent creation in adaptive optics is the ferrofluidic mirror. The ferrofluidic mirrors have many advantages. First, their manufacturing cost is very low. Moreover, a simple combination of magnetic fields is required to modify the shape of their surface and can give strong amplitudes of deformation (about millimeter). These mirrors are developed and studied in the COPL laboratory of Université Laval where they are the main target of the actual work. Nowadays the constant increasing number of actuators decrees the development of optimized methods to control deformable mirrors. A captured image or signal can require from some tens to several hundreds of Hertz to be corrected. The calculations must be at their fastest. On other hand, the increasing number of actuators raises a question about what strategy to deploy for getting the best control on the surface of deformable mirrors. Do we use a single controller for all the actuators? Or on the contrary do we need to equip each actuator with a dedicated controller? For any chosen strategy, the most important step is the calibration phase. In adaptive optics, this procedure is quite simple even though it sometimes takes a long time for finding the optimized parameters. What is the best method to calibrate a controller? Is an automatic calibration possible? Can we develop an evolving controller able to adapt to environmental variations without human action. There is some interrogation about the best way to apply th strategy. Can it be more efficient? Are there any limitations? If so, can we solve them? The subject of this document is to answer the previous questions regarding ferrofluidic mirrors. The final purpose of this work is to develop an evolving and optimized controller able to manage systems with several tens as well as several hundreds of actuators and, also, adapt itself to variations of surrounding conditions.

L’objectif principal de ce travail est de concevoir un petit brûleur au kérosène pour étudier la propriété ignifuge de matériaux composites sous attaque de flamme. Les normes AC20-135 et ISO 2685 décrivent de quelle manière les tests pour démontrer la capacité ignifuge d’un matériau doivent se dérouler. Ces normes sont utilisées pour dresser les requis pour la conception de ce petit brûleur au kérosène. Des gouttelettes liquides de jet-A sont pulvérisées pour alimenter la flamme en carburant tandis que l’air est amené via une conduite annulaire autour de l’injecteur. La combustion génère une flamme non-confinée. L’injecteur sélectionné est un atomiseur à pression avec ligne de retour de la compagnie Delavan. Un swirler en impression 3D de plastique est placé dans le brûleur près de la sortie d’air pour augmenter le mélange entre les gouttelettes de jet-A et l’air. Une analyse de mécanique des fluides numériques (MFNou CFDen anglais) est présentée pour mieux comprendre l’aérodynamique dans un brûleur et pour concevoir le swirler. Le brûleur est conçu pour permettre de facilement changer le swirler pour tester différents angles d’aubes. Un banc d’essai a été mis en place pour tester l’effet de ces swirlers sur le flux thermique de la flamme. Les effets de la puissance du brûleur, du rapport d’équivalence et de la distance entre le brûleur et la position de la mesure ont été investigués avec des essais expérimentaux. Un swirler de15 aubes avec un angle d’aube de 25°a été choisi. Parmi toutes les distances axiales testées expérimentalement avec le swriler choisi, il est possible d’atteindre le flux thermique requis de 116 kW/m2 avec le plus de configurations de flamme possible lorsque cette distance est de 7.6 cm (3 po.) du brûleur. Il est possible de générer une flamme avec un diamètre inférieur à 6.4 cm (2.5 po.) tout en atteignant le flux thermique requis de 116 kW/m2. Ceci permet d’effectuer des tests sur des petits échantillons et de réduire les coûts des tests de pré-certification. Pour atteindre cette configuration de flamme, il faut ajuster la puissance du brûleur entre 10 kW et 20 kW avec un rapport d’équivalence entre 0.7 et 0.9. / The main objective of this work is to design a small kerosene burner to study the fireproofing capacity of composite material under flame attack. The standards AC20-135 and ISO-2685 described how the fireproofing tests have to be performed and are used to set the requirements for the design of the small kerosene burner. The burner sprays liquid jet-A droplets and air is flowing around the injector in an annular chamber. The combustion generates an unconfined flame. The fuel injector selected is a Delavan spill-return pressure atomizer. There is a custom 3D printed plastic swirler at the air exit near the combustion area to increase the mixing between air and jet-A droplets. A computational fluid dynamic analysis (CFD) is presented to better understand the aerodynamic of the burner and to design the swirler. The design of the burner allows to easily change the swirler to test different vane angles. An experimental test bench is designed to test the effect of these swirlerson the heat flux under multiple combinations of burner power and equivalence ratio at four axial measurement locations. The experimental investigation allows selecting the final configuration and parameters for the burner. The chosen swirler has 15 vanes that are oriented 25° to the burner axis. The best axial location for the measurements is at 7.6 cm (3 in.). It is possible to generate a flame with a diameter smaller than 6.4 cm (2.5 in.) while reaching the required heat flux of 116 kW/m2. This accommodates smaller coupon sizes and reduces cost for pre-certification testing. To achieve this flame configuration, the burner power should be set between 10 kW to 20 kW with an equivalence ratio between 0.7 and 0.9.

Le développement de bioprocédés pour la culture des cellules animales est d'une grande importance pour la biotechnologie, dû aux nombreuses applications biomédicales de ces cellules. Dans ce travail, la mise au point d'un système de contrôle ainsi que la conception, la caractérisation et l'utilisation de minibioréacteurs à échelle réduite (30-100 mL), entièrement équipés et automatisés pour la culture cellulaire, sont présentées. Les paramètres des contrôleurs ont de plus été optimisés pour des bioréacteurs de différentes tailles (500 mL et 15 L) avec différents volumes de travail (0,3, 0,5, 5, 10 et 15 L). Les temps de réponse de chaque sonde ainsi que le kLa dans les bioréacteurs ont aussi été évalués. Un système de contrôle en langage LABVIEW National Instruments, incluant une interface-usager numérique a été finalisé. Ce programme est capable de saisir, contrôler et surveiller les paramètres d'opération (pH, DO, pCO2, T) de huit bioréacteurs de façon simultanée et indépendante par le biais des modules de conversion Numériques/Analogues Field Point National Instruments. Finalement, le système a été testé par trois cultures de cellules HEK 293S dans les minibioréacteurs (100 et 300 mL). Les résultats ont été comparés à une culture statique dans un T-Flask de 25 cm2 . On a ainsi démontré que le système développé est robuste, précis et efficace.

Récemment, une récolteuse de plantes arbustives a été développée pour couper, broyer et mettre en balles rondes la biomasse, arbustive à un coût abordable. Afin d'optimiser le processus de broyage, un montage expérimental a été fabriqué. La composante principale était un rotor mesurant 1020 mm de long et 210 mm de diamètre et équipé de huit marteaux de 1,7 kg. Plusieurs paramètres pouvaient être ajustés, notamment la vitesse de rotation (de 1320 à 2390 TPM), la position du capot, celle du contre-couteau, le débit et la vitesse d'alimentation. Les résultats ont montré une demande d'énergie moyenne de broyage de 3,1 kJ/kg MS de saule. Une vitesse de rotation élevée (2390 TPM) a produit plus de particules inférieures à 250 mm (jusqu'à 580/0 de la masse totale) et aussi plus de perte (jusqu'à 17%). Une faible vitesse de rotation et un grand espacement entre les marteaux, le capot et le contre-couteau offraient un conditionnement acceptable pour la mise en balle, tout en réduisant les besoins en énergie et les pertes. / A recently developed cutter-shredder-baler successfully harvested willow over small areas at reasonable cost. To improve and optimize the shredding process, a laboratory-scale flail hammer type shredder was designed and built. The main rotor was 1020 mm in length and 210 mm in diameter. It was equipped with eight hammers of 1.7 kg. The rotary speed (from 1320 to 2390 rpm), the hood position, the counter-knife position, the crop fIow, and the feeding speed could be adjusted. Results indicated that shredding energy averaged 3.1 kJ/kg on a dry matter basis (DM) of processed willow. High rotary speed (2390 rpm) produced the largest quantity of small particles (up to 58% shorter than 250 mm) and also the highest level of loss during processing (up to 17%). A low flail rotary speed and a wide spacing between the flails, the hood and the counter-knife resulted in acceptable stem processing for subsequent baling while reducing energy requirement and DM loss.

En télémédecine aussi bien qu'en téléchirurgie, où les délais de communication entre l'opérateur et le patient sont trop importants pour percevoir le retour d'effort en temps réel, il est crucial de développer des outils intelligents autonomes capables de s'adapter aux changements locaux de géométrie et aux perturbations d'efforts. Dans ce mémoire, il est proposé de développer un nouveau préhenseur capable d'une prise autonome sur des objets de tout acabit. La pierre angulaire de ce nouveau préhenseur miniature est l'utilisation du sous-actionnement pour limiter le nombre d'actionneurs et l'utilisation d'articulations flexibles pour faciliter la miniaturisation du principe. Le bon fonctionnement du mécanisme repose sur une définition appropriée des critères de performance, sur un modèle mathématique juste et sur une optimisation adéquate.

Pour combler l'écart entre l'augmentation de la demande énergétique et l'épuisement de la production d'hydrocarbures onshore, l'exploitation des hydrocarbures offshore est de plus en plus envisagée, en particulier les gisements de gaz / pétrole dans les eaux plus profondes. En attendant, un grand nombre d'unités de traitement déployées pour la production d'hydrocarbures doivent respecter les contraintes environnementales conçues pour la protection maritime. Les systèmes tels que les réacteurs et les épurateurs à lit fixe embarqués deviennent inévitablement l'une des options les plus prometteuses pour atteindre ces deux objectifs. De nombreux efforts dans la littérature pour dévoiler l'hydrodynamique de l'écoulement multiphasé dans les lits garnis révèlent que des défis persistent soit dans leur conception / mise à l'échelle, soit dans leurs opérations. De plus, exposer ces réacteurs à des conditions marines difficiles telles que la convolution de la dynamique des navires et de l'hydrodynamique à l'intérieur des réacteurs à lit fixe conduit à des situations encore plus compliquées pour maintenir des performances de fonctionnement acceptables dans les conditions flottantes. Un grand nombre de preuves issues de la littérature a jusqu'à présent mis en évidence l'échec des colonnes garnies avec des garnissages aléatoires, des garnissages structurés ou des mousses à alvéoles ouvertes, pour empêcher la maldistribution des liquides dans les lits fixes destinés à fonctionner à bord de navires ou de platesformes flottantes. Les efforts de recherche doivent donc se poursuivre dans le but de trouver des composants internes robustes et capables de résilience contre la maldistribution des liquides dans les réacteurs / unités de séparation gaz-liquide. Ce projet de doctorat s’est proposé des recherches visant dans un premier temps de tester des internes disponibles commercialement pouvant préserver des performances similaires à celles des unités terrestres classiques. Au meilleur de notre connaissance, la sensibilité et la susceptibilité des réacteurs monolithes à une mauvaise distribution soumis à des conditions offshore n'ont pas encore été étudiées. Plutôt que de se concentrer uniquement sur une étude des lits monolithiques, le chapitre 1 opte pour une campagne expérimentale plus large comprenant un garnissage aléatoire et un garnissage en mousse à cellules ouvertes pour des comparaisons systématiques de la distribution des liquides en conditions flottantes. La distribution liquide des colonnes embarquées garnies de divers garnissages et pour une large plage de débit gaz / liquide est systématiquement comparée à l'aide d'un capteur à treillis métallique (WMS) et d'un émulateur hexapode à six degrés de liberté. La vraisemblance de conditions météorologiques extracôtières rudes pourrait menacer la sureté de l'exploitation des lits fixes, en particulier dans des situations extrêmes telles que des cyclones, des épisodes d'icebergs, etc. Pour assurer la sécurité du personnel et des installations, l’opération des colonnes garnies à bord doit être immédiatement interrompue pour éviter des problèmes de sécurité critiques sous de telles circonstances. Par conséquent, la base de connaissances sur la dynamique de drainage des liquides dans les lits flottants est iv essentielle pour assurer une vidange rapide du liquide. Néanmoins, l'étude de la dynamique du drainage liquide des lits fixes en conditions flottantes est à tout le moins rare. Par conséquent, le chapitre 2 se propose de comparer expérimentalement le drainage du liquide dans des colonnes garnies dans les conditions marines à celui observé dans une colonne statique verticale à l’instar des applications terrestres. En dehors de cela, l'influence des mouvements du navire (par exemple, cavalement, embardée, pilonnement, roulis, tangage, et lacet) à différentes amplitudes et périodes d'oscillation sur la dynamique de drainage des liquides est étudiée pour approfondir nos connaissances. Parallèlement à l'étude expérimentale, un modèle numérique Euler-Euler transitoire et en trois dimensions est utilisé en complément pour tenter de prédire la dynamique du drainage des liquides dans les lits flottants. D'autres facteurs susceptibles d'affecter la dynamique de drainage sont analysés par la simulation numérique. Ainsi, le chapitre 3 met en évidence l'influence globale des propriétés des liquides, de la structure du lit et des types de mouvement associé à la sollicitation marine. Par ailleurs, la campagne expérimentale en fournissant des données mesurables a permis de valider le modèle dans les conditions de roulis et de tangage testées au laboratoire. / To fill the gap between increasing energy demand and depletion of onshore hydrocarbon production, offshore hydrocarbon exploitation is increasingly contemplated especially the gas/oil fields in the deeper water. Meantime, large amount of deployed processing units for hydrocarbon productions must comply with the environmental codes designated for maritime protection. Systems such as embarked packed-bed reactors and scrubbers inevitably become one of the most promising options to achieve both purposes. Numerous efforts in literature to unveil the hydrodynamics of multiphase flow in packed beds reveal that challenges persist either in their design/scale-up or during the operations. Moreover, exposing these reactors to harsh marine conditions such as the convolution of ship dynamics and hydrodynamics inside packed-bed reactors leads to even more complex situations to maintain the proper operation performance of packed-bed reactors under floating conditions. A lot of evidence from literature has pointed out the failure of random and structured packings and open-cell foams, to prevent liquid maldistribution in packed beds destined to operate on-board sailing ships and floating platforms. Research efforts must therefore continue in the quest for robust internals capable of resilience against liquid maldistribution in gas-liquid reactors/separation units. The proposed Ph.D. research aims at firstly following a sound path to adapt commercially existing internals being capable of preserving performance similar to landbased packed beds. To the best of literature exploring, the sensitivity and susceptibility of monolith reactors to maldistribution subjected to offshore conditions have yet to be investigated. Rather than focusing on a study of monolith beds alone, Chapter 1 opts for a broader experimental campaign including a random packing and an open-cell foam packing for the sake of systematic comparisons of the liquid distribution under floating conditions. Liquid distribution of embarked columns packed with various internals under wide gas/liquid flow range is systematically compared with the assistance of wire mesh sensor (WMS) and six-degree-of-freedom emulator hexapod. Severe offshore weather conditions threaten the operation safety of floating packed beds especially encountering extreme situations such as cyclone, iceberg episodes and so forth. To ensure the safety of staff and facilities, the onboard packed columns must be immediately shutdown to avoid critical safety concerns under such circumstances. Therefore, knowledgebase of liquid draining dynamics in floating packed beds is the essence to ensure timely discharge of liquid. Nevertheless, the study regarding liquid drainage dynamics of packed beds under floating conditions is scarce to say the least. Then, Chapter 2 compares liquid draining of packed columns embarking on floating platforms with static land-based one experimentally. Other than that, the influence of ship motions (e.g., roll, roll & pitch, heave etc.) with different oscillation amplitudes and periods on liquid draining dynamics is investigated to deepen the insights. vi In parallel with the experimental study, a 3D transient Euler-Euler CFD model is employed as a supplementary analysis to further deepen the understanding of liquid drainage dynamics in floating packed beds. More factors possibly affecting the draining dynamics are exploited by numerical simulation. Consequently, Chapter 3 highlights the comprehensive influence of liquid properties, bed structure and moving types instead of focusing on impact of movements alone. Meanwhile, with sufficient body of experimental campaign, the validity and accuracy of model are strongly endorsed.

Ce mémoire présente les concepts théoriques et pratiques qui permettront à un groupe de véhicules sans-pilote hétérogène d'estimer la position et l'orientation relative des véhicules voisins en temps réel. Le système de localisation relative leur permettra donc de se coordonner localement afin d'effectuer des missions d'équipe telles que le transport d'une charge et le vol en formation. La localisation relative est effectuée avec une matrice de capteurs ultrasoniques et un algorithme de différence de temps d'arrivée des signaux. Le système présenté peut être monté à bord de véhicules sans-pilote et ne requiert pas d'architecture externe.

L'exploration planétaire utilise des robots à roues depuis plusieurs années maintenant. Cependant, même si elles ont du succès, ces missions spatiales sont limitées à des terrains relativement plats et sédimentaires. Les zones explorées sont très intéressantes, mais elles le sont moins au point de vue de la recherche de traces potentielles de vie lorsqu'elles sont comparées à certains endroits plus risqués. Il est entendu que les agences spatiales ne peuvent prendre le risque d'envoyer des véhicules au coût important dans ces zones à la géologie peu commune. C'est pourquoi l'exploration spatiale évoluera peut-être vers l'utilisation de petits robots à faible coût assez agiles pour explorer ces terrains riches en informations géologiques. La recherche de vie sur Mars pour expliquer notre existence fait rêver. Les contraintes de cette mission sont cependant nombreuses puisque la planète n'est pas très hospitalière. Après avoir examiné plusieurs options, le Laboratoire de robotique de l'Université Laval a développé un petit robot marcheur inspiré des insectes. Ce mémoire décrit les étapes de design que la plateforme tout-terrain a franchies, soient l'analyse, la conception, la fabrication et l'expérimentation. Le système a traversé ce processus rigoureux avec succès, mais a toujours besoin d'améliorations. C'est là tout l'intérêt du projet, envoyer un robot parfaitement fonctionnel et autonome sur Mars pour parcourir aisément cette planète qui a tant de secrets à découvrir.

Cette étude prospective randomisée multicentrique à double-aveugle, avec un suivi d'un an, compare les résultats fonctionnels et radiologiques de deux méthodes de fixation syndesmotiques : 1) fixation dynamique avec endobouton (n=34); 2) fixation statique avec une vis quadricorticale 3,5 mm (n=36). Les deux groupes avaient des données démographiques comparables. La fixation dynamique fut significativement supérieure aux scores d'Olerud-Molander et de l'AOFAS (American Orthopaedic Foot and Ankle Society) à 3, 6 et 12 mois. La flexion plantaire était supérieure avec la fixation dynamique, et ce, à toutes les périodes de suivi. Dans le groupe de fixation par vis, il y a plus de bris d'implants, plus de réinterventions et 4 pertes de réduction ont été observées. Les patients avec une fixation dynamique sont retournés plus rapidement à leurs activités sportives. La fixation dynamique démontre donc de meilleurs résultats fonctionnels à court et moyen terme, une stabilité adéquate sans perte de réduction et un taux de réintervention inférieur à la fixation conventionnelle par vis. / This is a randomized double-blind controlled trial involving 70 subjects (in five centers) with an acute syndesmosis rupture, stabilized either with a Tightrope (n=34) or a 3.5mm quadricortical screw (n=36). The two groups were similar regarding demographic, social and surgical data. Subjects with dynamic fixation achieved higher performances as described with the Olerud-Molander and AOFAS scores at 3, 6 and 12 months. Plantar flexion was superior with dynamic fixation at all times. Implant failure was higher in the screw group. Loss of reduction was observed in 4 cases in the static screw group. Reoperation for any cause was more frequent in the screw group. We could not demonstrate major differences in the activity level between the two groups, except that subjects with dynamic fixation returned earlier to their previous sporting activities. Therefore, we concluded that dynamic fixation of acute ankle syndesmosis rupture with the Tightrope gives better clinical and radiographic outcomes.

Cette thèse présente une analyse de la consommation d'énergie des systèmes de contrôlecommande électriques des machines automatisées en vue de réduire leur consommation d'énergie. Il est notamment présenté les notions associées aux systèmes de contrôle-commande et il est développé des méthodes et un simulateur de consommation d'énergie destiné à l'analyse de la consommation d'énergie. A partir de ceci, il est réalisé une analyse selon 3 axes : consommation des composants de contrôlecommande pris individuellement, consommation des systèmes de contrôle-commande selon le type de machine et l'assemblage des composants et enfin, consommation dans le temps selon les modes de marche. Ces travaux mettent en évidence que la consommation des systèmes de contrôle-commande est souvent faible comparée à celle des actionneurs, mais qu'il est tout de même possible de réduire d'un facteur 2 la consommation d'énergie.