Titre de l'écran-titre (visionné le 2 octobre 2023) / Ce mémoire s'intéresse au développement d'un analyseur de spectre cohérent (COSA) utilisant un module laser à rétroaction répartie (DFB) comme oscillateur local (LO). L'objectif est de concevoir un analyseur de spectre cohérent plus petit, robuste et moins chers en remplaçant les lasers à cavité externe normalement utilisés, permettant ainsi d'employer de tels appareils autant dans des environnements de recherche scientifique et d'ingénierie que sur des lignes de productions ou de liens de communication déployés. L'introduction présente les méthodes d'analyse du spectre optique existantes ainsi que leurs limitations et les avantages des analyseurs de spectre optique cohérents par rapport à ces méthodes. Les bases théoriques derrière le fonctionnement des COSA sont également présentées. Le premier chapitre décrit le montage expérimental du COSA utilisé dans le cadre du mémoire. Les deux branches le composant sont décrites et la calibration nécessaire au fonctionnement de l'appareil est présentée. Le deuxième chapitre caractérise les performances de l'appareil. Le rapport signal sur bruit optique (OSNR) et la largeur de raie du signal à la sortie de l'amplificateur optique semi-conducteur (SOA) du module laser DFB sont mesurés et comparés aux performances de la portion électrique du montage afin de déterminer la dynamique et la résolution du COSA. L'appareil est ensuite utilisé pour mesurer le spectre d'un laser à cavité externe, avec et sans modulation d'amplitude, ainsi qu'avec un laser DFB. On trouve expérimentalement que le système possède une dynamique pouvant atteindre plus de 50 dB et une résolution de 10 MHz correspondant à la largeur de bande des filtres RF utilisés.

Dans les recherches réalisées pour ce projet de thèse, il est démontré qu’une traverse existante de train d’atterrissage d’hélicoptère à patins fabriquée par pliage et érosion chimique, pourrait être remplacée par une autre traverse, dont la forme innovante est fabricable par le procédé d’hydroformage de tubes. Ce procédé présente par exemple l’avantage d’être plus respectueux de l’environnement que le procédé de fabrication actuel, car il ne nécessite pas l’utilisation de produits chimiques polluant. De plus, la méthodologie développée dans le cadre des recherches réalisées permet de prendre en compte l’histoire du matériau de la traverse dans toutes les étapes de son processus de fabrication. Les performances d’un train d’atterrissage équipé de la nouvelle traverse ont été évaluées numériquement. Des travaux, développés avec le logiciel de calculs par éléments finis ABAQUS, ont permis de mettre en évidence l’intérêt d’utiliser des éléments finis de coque solides fiables et précis. Ces éléments sont en effet capables de prendre en compte le comportement dans l’épaisseur de structures minces avec une seule couche d’éléments. Une nouvelle technique de lissage appelé «Smoothed finite element method» ou «SFEM» a retenu l’attention pour sa simplicité de mise en œuvre et son insensibilité à la distorsion de maillage parfois rencontrée dans les simulations de formage de formes complexes. Un élément de coque solide résultant linéaire développé en utilisant cette méthode SFEM pour traiter de la cinématique en membrane et en flexion a été testé avec succès au travers d’exemples classiques identifiés dans la littérature. Ce nouvel élément a montré un niveau de précision souvent supérieur à celui d’autres éléments déjà existants. En outre, un élément de coque solide à intégration réduite, capable de fonctionner avec la plupart des lois de comportement en trois dimensions et cela même en présence de structures minces a été développé. Cet élément, libre de tout blocage a montré un bon niveau de précision par rapport aux éléments existants dans le cas de problèmes implicites géométriquement linéaires et non-linéaires. L’élément a été étendu en formulation explicite puis couplé avec une loi de comportement hyper élastoplastique en trois dimensions. Il a enfin été testé dans une simulation d’hydroformage de tubes en présence de pressions élevées, de frottement et de grandes déformations. / In the current work, it is shown that an existing helicopter skid landing gear cross tube, made by tube bending and chemical milling, could be replaced by another cross tube, whose innovative shape is producible by tube hydroforming. This method has for example the advantage of being more environmentally friendly than the current manufacturing process, because it does not require the use of hazardous chemicals. In addition, the methodology developed in this project takes into account the cross tube material’s history throughout the manufacturing process. Moreover, the performance of a skid landing gear equipped with this new cross tube has been evaluated numerically. This thesis simulation work has been developed with the finite element analysis software ABAQUS. It highlights the potential gains of using a reliable and accurate solid-shell finite element which is capable to take into account the through-thickness behavior of thin structures with a single layer of elements. A new smoothing technique called «Smoothed finite element method» or «SFEM» has been considered for its simplicity and insensitivity to mesh distortion, sometimes encountered while simulating complex shapes forming. A new resultant linear solid-shell element using this SFEM to deal with membrane and bending kinematics has been developed and successfully tested through classical benchmark problems found in the literature. This new element has often shown much greater level of accuracy than other existing elements. In addition, a novel reduced integration solid-shell element, able to work with most three dimensions constitutive laws even in the presence of thin structures is also discussed. This element, free of locking, shows a good accuracy level with respect to existing elements in implicit geometrically linear and non-linear benchmark problems. Its extension to explicit formulation is coupled with a three dimensions hyper elastoplastic constitutive law and tested in a tube hydroforming simulation involving high pressures, friction and large deformations.

Un grand intérêt est remarqué au sein de la communauté et les chercheurs scientifiques pour étudier le changement et le réchauffement climatique ainsi que pour évaluer les conditions environnementales actuelles et ses limites. Il est établi que la présence de micro-organismes sélectionnés dans un environnement spécifique peut prédire différents facteurs environnementaux dans un habitat donné. L'écologie microbienne étudie les relations existantes entre les micro-organismes et leur environnement. Comprendre les micro-organismes qui prospèrent dans ces régions nordiques peut grandement faire progresser nos connaissances sur ces habitats et les effets des changements climatiques. Ces microbes sont appelés bioindicateurs. Mais, à l'heure actuelle, les micro-organismes bioindicateurs qui se développent dans différents habitats qui sont les plus touchés par les changements climatiques, comme ceux des régions septentrionales du Canada, sont encore pour la plupart inconnus. Le programme transdisciplinaire Stratégie Sentinelle Nord de l'Université Laval vise à développer des technologies innovantes et à accroître la connaissance collective des habitats nordiques et de leurs impacts sur les êtres humains et leur santé. Sous l'égide de l'initiative Sentinel Nord, le projet EcoChip est un programme ambitieux qui vise à développer une technologie autonome de surveillance, de compréhension et de valorisation des microorganismes présents dans le Nord. La technologie EcoChip vise également à identifier des molécules uniques susceptibles d'être utilisées dans des processus biologiques et industriels. Ici, nous présentons la technologie EcoChip de nouvelle génération. C’est un système autonome qui permet de surveiller la croissance des micro-organismes dans les puits individuels sur le terrain. Il peut mesurer le taux de croissance des micro-organismes et leurs conditions environnementales in-situ grâce à une plate-forme de capteurs embarqués. Cette nouvelle version améliore de nombreux aspects du prototype précédent. Entre autres, il a un réseau d'électrodes EIS plaqué et intégré à la carte électronique, un nouveau boîtier hermétique personnalisé et a été fabriqué en utilisant une technologie de carte de circuit imprimé standard et peu coûteuse. / The community and scientific researchers have great interest in studying climate change and warming as well as to assess current environmental conditions and its limitations. Microbial ecology studies the existing relationships between microorganisms and their environment. The presence of selected microorganisms in a specific environment can predict different environmental factors in each habitat. These sentinel microbes are called bioindicators. Understanding the microorganisms that thrive in these northern regions can greatly advance our knowledge of these habitats and the effects of climate change. However, at present, the bioindicator microorganisms that thrive in different habitats that are most affected by climate change, such as those in northern regions of Canada, are still mostly unknown. The transdisciplinary Sentinel North Strategy program aims to develop innovative technologies and increase collective knowledge of northern habitats and their impacts on humans and their health. Under the aegis of the Sentinel North initiative, this project is an ambitious program, aims to develop an autonomous technology for monitoring, understanding and valuing the microorganisms present in the North. EcoChip technology also aims to identify unique molecules used in biological and industrial processes. Here we present the next generation EcoChip technology. It is a stand-alone system built to monitor the growth of microorganisms in individual wells in the field. It can measure the growth rate of microorganisms and their environmental conditions in-situ using an on-board sensor platform. The system can measure the impedance of microorganisms inside 96 wells using the Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) technique. Other parameters like temperature, humidity and luminosity are measured. The EcoChip has many improvements. Among other things, it has an EIS electrode array plated and integrated with the electronic board, a new customized hermetic package and was manufactured using standard and inexpensive printed circuit board technology.

Le faisceau Bessel, solution exacte de l’équation d’onde, possède une zone où il garde pratiquement la même forme et les mêmes dimensions ; dans cette zone, il ne diffracte pas. Cette propriété intéressante a amené, depuis les années 80, plusieurs groupes de recherche à concevoir des cavités laser produisant ce type de faisceau non-diffractant. Une des difficultés de cette tâche réside dans la sélection des modes transverses du résonateur. Dans la plupart des cas, le problème est résolu en bloquant les modes supérieurs avec un iris, ce qui limite souvent le faisceau en propagation et en puissance. Ce projet de résonateur Bessel propose une nouvelle manière de sélectionner les modes en utilisant un miroir coupleur de petite taille, laquelle est adaptée aux dimensions du lobe central du faisceau Bessel J0. Le faisceau Bessel est généré à l’intérieur de la cavité grâce à un miroir conique, ou axicon, conçu et caractérisé dans nos laboratoires tout comme le coupleur. Une fois la cavité montée et alignée, nous avons mesuré les différentes distributions en champ proche, en champ lointain et à l’intérieur de la cavité. Les simulations numériques faites à l’aide de la méthode de Prony, pour le calcul de la proportion des principaux modes transverses présents dans le résonateur, nous ont permis d’observer de grandes similitudes avec les distributions mesurées. Il s’avère que le mode principal, comme le révèlent les simulations du champ lointain, n’est pas tout à fait un faisceau Bessel J0, quoique très ressemblant. Le calcul de l’énergie encerclée du mode dominant en champ lointain est presque identique à celui de l’énergie encerclée sur les distributions obtenues expérimentalement, le bruit en moins, ce qui semble confirmer l’unicité du mode transverse issu de la cavité.

Si les biologistes connaissent bien les réactions biochimiques des cellules, il n'en est pas de même d'un point de vue mécanique. En effet, un facteur de survie des cellules est leur faculté d'adaptation à leur environnement ainsi que leur réaction face à un stress physique. Les biologistes cherchent donc à connaître les forces en jeu dans ces réactions pour définir un modèle mécanique de la cellule, d'où la nécessité de développer un système de mesure adapté. Ce mémoire propose une description détaillée de mon travail sur la construction d'un microscope à force photonique (PFM). L'idée est de développer un outil non destructif permettant de contrôler et mesurer la force appliquée sur les cellules. Le PFM est une évolution de la pince optique où la particule piégée par le faisceau laser joue le rôle de sonde. Par la détection des variations de son mouvement brownien, nous pouvons mesurer des forces de l'ordre de quelques dizaines de piconewtons. Une telle précision a été possible en portant une attention particulière sur la robustesse du système, la quahté des optiques et de la détection ainsi que sur la précision des réglages.

Ce mémoire présente l'étude et la conception des machines à reluctance variable (SRM) ainsi que la modélisation et l'optimisation de la performance d'une génératrice à reluctance variable (SRG) quadriphasée. La conception préliminaire des SRM est réalisée et présentée. Elle utilise une méthode analytique pour le calcul des champs dans les différentes parties du circuit magnétique de la SRM à concevoir. La SRG est représentée par un modèle non-linéaire basé sur une caractéristique de magnétisation réelle qui peut être obtenue par des mesures expérimentales ou par la méthode des éléments finis. Cette modélisation est réalisée dans l'environnement Matlab/Simulink. L'optimisation de la performance de la SRG incluant la puissance électrique de sortie, les ondulations de couple et les pertes cuivre, est basée sur une analyse graphique des résultats de simulation du modèle pour un fonctionnement en vitesse variable pour différentes valeurs de la tension d'alimentation de la SRG.

Les matériaux mésostructurés organosiliciques peuvent être modifiés par différentes techniques permettant l'incorporation de groupements fonctionnels leur conférant une double fonctionnalité. Ainsi, il est possible d'introduire la fonction acide sulfonique ur un matériau mésostructuré organosilicique éthylène-silice par alkylation des éthylènes de surface par le benzène en présence de chlorure d'aluminium suivi d'une sulfonation. La fonction acide perfluoroalkylsulfonique peut être greffée à un matériau mésoporeux organosilicique éthane-silice par l'entremise des hydroxyles de surfaces réagissant avec l' acide ß-sultone 1 , 2,2-trifluoro-2-hydroxy-I-trifluorométhyléthane. Finalement, le groupement fonctionnel acide perfluoroalkylsulfonique a été introduit dans une matrice mésostructurée organosilicique éthane-silice par co-condensation du silane acide perfluoroalkylsulfonique et du silsesquioxane 1,2-bis(triméthoxysilyl)éthane dans une solution micellaire acide. Généralement, les matériaux ont été caractérisés par analyse élémentaire CNS, titration acido-basique, diffraction des rayons X, microscopie électronique à transmission, volumétrie d' azote à 77K, RMN MAS du 13C, 19F et 29Si, analyse thermogravimétrique, spectrométrie infrarouge à transformées de Fourrier de la pyridine adsorbée chimiquement et analyse de la conductivité protonique des poudres. Les résultats ont été analysés et comparés avec ceux obtenus sur des matériaux possédant des fonctionnalités similaires. Les résultats de la caractérisation ont confirmé que les trois types de matériaux synthétisés présentent une forte acidité dans un réseau hydrophobe mésoporeux. Par contre, le matériau mésostructuré organosilicique fonctionnalisé par l'acide sulfonique possède des sites acides plus faibles comparativement aux matériaux possédant des fonctions fluorés acides. Le matériau mésostructuré organosilicique fonctionnalisé par l'acide perfluorosulfonique présente une faible stabilité thermique. Finalement, le matériau mésostructuré organosilicique fonctionnalisé par le silane acide perfluoroalkylsulfonique dispose de la densité de sites acides la plus faible. L' activité catalytique des catalyseurs organosiliciques acides a été évaluée pour la réaction de condensation de l'heptanal et l'acétali sation de l'heptanal par le I-butanol. En accord avec les résultats de la caractérisation, les catalyseurs acides hydrophobes ont démontré un potentiel élevé pour les réactions chimiques produisant de l'eau qui désactive les sites.

Depuis longtemps, le Soleil est vu comme une source renouvelable d’intérêt pour combler nos besoins en énergie. Or, le coût prohibitif de l’énergie solaire a jusqu’à maintenant rendu celle-ci peu utilisée. Pour accroître son adoption, il faut absolument rendre son coût concurrentiel avec celui des énergies fossiles. Pour cela, plusieurs possibilités existent. L’une d’elles est l’utilisation d’un système optique pour concentrer la lumière. Cette thèse présente donc une solution basée sur la conception d’un nouveau type de concentrateur solaire de basse-moyenne concentration fait de polymère dans le but de réduire son coût de fabrication. Les performances de ce système compact utilisant des microlentilles ont ensuite été améliorées par l’ajout d’un gradient d’indice de réfraction dans la matrice polymérique. Une analyse sommaire du coût de l’énergie produite par de tels dispositifs permet ensuite de conclure que les systèmes développés dans le cadre de ce projet de recherche ont un potentiel commercial. Pour cette raison, le concept le plus prometteur basé sur l’utilisation d’un gradient d’indice afin d’accroître les performances a fait état du dépôt d’une demande de brevet. / Since a long time, the Sun is seen as an interesting source of renewable energy. However, the prohibitive cost of solar energy has made it mostly unused. To increase it acceptance, it is necessary to bring the cost down and make it competitive with fossil fuels. To achieve that, many possibilities exist. One method is the use of an optical system to concentrate sunlight. This thesis presents a solution based on the design of a new type of solar concentrator of low-medium concentration level made of polymer to be able to achieve low-cost fabrication. The performances of this condensed optical system which uses microlenses were then improved by the introduction of a refractive index gradient in the polymer matrix. A short analysis of the cost of the energy produced by such solar concentrators permitted to conclude that they are of commercial interest for the solar community. For this reason, the most promising design based on the use of a graded-index to increase the efficiency has been protected by a patent.

Afin d’étudier le cerveau humain dans le but d’aider les patients souffrant de maladies neurologiques, on a besoin d’une interface cérébrale entièrement implantable pour permettre l’accès direct aux neurones et enregistrer et analyser l’activité neuronale. Dans cette thèse, des interfaces cerveau-machine implantables (IMC) à très faible puissance basées sur plusieurs circuits et innovations de systèmes ont été étudiées pour être utilisées comme analyseur neuronal. Un tel système est destiné à recueillir l’activité neuronale émise par centaines de neurones tout en les activant à la demande en utilisant des moyens d’actionnement tels que l’électro- et / ou la photo-stimulation. Un tel système doit fournir plusieurs canaux d’enregistrement, tout en consommant très peu d’énergie, et présente une taille extrêmement réduite pour la sécurité et la biocompatibilité. Typiquement, un microsystème d’interfaçage avec le cerveau comprend plusieurs blocs, tels qu’un bloc analogique d’acquisition (AFE), un convertisseur analogique-numérique (ADC), des modules de traitement de signal numérique et un émetteur-récepteur de données sans fil. Un IMC extrait les signaux neuronaux du bruit, les numérise et les transmet à une station de base sans interférer avec le comportement naturel du sujet. Cette thèse se concentre sur les blocs analogiques d’acquisition à très faible consommation à utiliser dans l’IMC. Cette thèse présente des frontaux avec plusieurs stratégies innovantes pour consommer moins d’énergie tout en permettant des données de haute résolution et de haute qualité. Premièrement, nous présentons une nouvelle structure frontale utilisant un schéma de réutilisation du courant. Cette structure est extensible à un très grand nombre de canaux d’enregistrement, grâce à sa petite taille de silicium et à sa faible consommation d’énergie. L’AFE à réutilisation de courant proposée, qui comprend un amplificateur à faible bruit (LNA) et un amplificateur à gain programmable (PGA), utilise une nouvelle topologie de miroir de courant entièrement différentielle utilisant moins de transistors et améliorant plusieurs paramètres de conception, tels que la consommation d’énergie et du bruit, par rapport aux mises en oeuvre de circuit d’amplificateur de réutilisation de courant précédentes. Ensuite, dans la deuxième partie de cette thèse, nous proposons un nouveau convertisseur sigmadelta multicanal qui convertit plusieurs canaux indépendamment en utilisant un seul amplificateur et plusieurs condensateurs de stockage de charge. Par rapport aux techniques conventionnelles, cette méthode applique un nouveau schéma de multiplexage entrelacé, qui ne nécessite aucune phase de réinitialisation pour l’intégrateur lors du passage à un nouveau canal, ce qui améliore sa résolution. Lorsque la taille des puces n’est pas une priorité, d’autres approches peuvent être plus attrayantes, et nous proposons une nouvelle stratégie d’économie d’énergie basée sur un nouveau convertisseur sigma-delta à très basse consommation conçu pour réduire la consommation d’énergie. Ce nouveau convertisseur utilise une architecture basse tension basée sur une topologie prédictive innovante qui minimise la non-linéarité associée à l’alimentation basse tension. / Studying brain functionality to help patients suffering from neurological diseases needs fully implantable brain interface to enable access to neural activities as well as read and analyze them. In this thesis, ultra-low power implantable brain-machine-interfaces (BMIs) that are based on several innovations on circuits and systems are studied for use in neural recording applications. Such a system is intended to collect information on neural activity emitted by several hundreds of neurons, while activating them on demand using actuating means like electro- and/or photo-stimulation. Such a system must provide several recording channels, while consuming very low energy, and have an extremely small size for safety and biocompatibility. Typically, a brain interfacing microsystem includes several building blocks, such as an analog front-end (AFE), an analog-to-digital converter (ADC), digital signal processing modules, and a wireless data transceiver. A BMI extracts neural signals from noise, digitizes them, and transmits them to a base station without interfering with the natural behavior of the subject. This thesis focuses on ultra-low power front-ends to be utilized in a BMI, and presents front-ends with several innovative strategies to consume less power, while enabling high-resolution and high-quality of data. First, we present a new front-end structure using a current-reuse scheme. This structure is scalable to huge numbers of recording channels, owing to its small implementation silicon area and its low power consumption. The proposed current-reuse AFE, which includes a low-noise amplifier (LNA) and a programmable gain amplifier (PGA), employs a new fully differential current-mirror topology using fewer transistors. This is an improvement over several design parameters, in terms of power consumption and noise, over previous current-reuse amplifier circuit implementations. In the second part of this thesis, we propose a new multi-channel sigma-delta converter that converts several channels independently using a single op-amp and several charge storage capacitors. Compared to conventional techniques, this method applies a new interleaved multiplexing scheme, which does not need any reset phase for the integrator while it switches to a new channel; this enhances its resolution. When the chip area is not a priority, other approaches can be more attractive, and we propose a new power-efficient strategy based on a new in-channel ultra-low power sigma-delta converter designed to decrease further power consumption. This new converter uses a low-voltage architecture based on an innovative feed-forward topology that minimizes the nonlinearity associated with low-voltage supply.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles / La gestion scientifique des forêts implique l'utilisation de diverses techniques pour maintenir le développement économique et durable des forêts, en améliorant la qualité de vie des communautés qui en dépendent. La conception des réseaux de routes forestières est cruciale pour une gestion efficace des forêts, car elle garantit l'accès et la connectivité aux différentes parties de la forêt, telles que les zones de récolte ou les zones de protection contre les incendies, par exemple. Les routes forestières sont un élément essentiel de la gestion forestière, mais leur construction a des implications environnementales significatives. Elles constituent également l'aspect le plus coûteux de l'infrastructure forestière. Pour concevoir un réseau de routes forestières efficace, il est essentiel de trouver un équilibre entre des exigences concurrentes telles que la durabilité et la rentabilité. La participation du public et la consultation des communautés locales et des parties prenantes sont essentielles pour s'assurer que le réseau routier proposé répond aux besoins de tous les utilisateurs tout en minimisant les coûts et les impacts environnementaux. Cette thèse vise à fournir une analyse documentaire complète de la conception des réseaux routiers forestiers et à identifier les modèles et approches développés pour la conception d'un réseau routier forestier efficace et durable. Alors que les études précédentes se sont concentrées sur l'évaluation et l'optimisation de la construction et de l'entretien des routes forestières, cette étude vise à examiner les défis et les modèles de conception des réseaux routiers forestiers en termes de développement durable. Plus précisément, l'étude analyse les principales questions liées à l'optimisation de la conception du réseau de routes forestières, telles que la participation des parties prenantes à la prise de décision, l'incertitude dans les modèles d'optimisation, le changement climatique et les émissions de CO₂ dans le cadre de l'analyse documentaire. Les résultats de cette revue systématique de la littérature fournissent une évaluation complète de l'état actuel des connaissances en matière de conception de réseaux de routes forestières et soulignent l'importance des recherches en cours dans ce domaine. Nos résultats suggèrent que des recherches ont été menées en utilisant diverses approches, que les variables ont été soigneusement sélectionnées et analysées, et que certaines contraintes ont été prises en compte dans une certaine mesure. Cependant, malgré ces efforts, les recherches indiquent qu'il existe toujours un besoin d'une investigation plus approfondie, notamment en ce qui concerne la durabilité de la conception du réseau routier forestier. En outre, les résultats mettent en évidence le manque d'attention accordée aux préoccupations et aux intérêts des décideurs politiques, ainsi qu'un manque de coopération entre les parties prenantes, et un soutien insuffisant aux multiples parties prenantes. L'étude identifie également plusieurs applications spéciales dans la conception des réseaux de routes forestières, telles que la recherche de l'emplacement optimal et la construction de nouvelles routes, l'optimisation de l'entretien des routes existantes, et l'équilibre entre le coût de construction des routes et l'accès aux ressources. En intégrant une série de facteurs pertinents, cette étude offre des indications précieuses pour l'industrie forestière afin de développer des réseaux de routes forestières plus durables et efficaces. Dans l'ensemble, cette thèse contribue à l'avancement de la recherche sur la conception des réseaux routiers forestiers en fournissant une analyse critique de la littérature existante et en soulignant les lacunes et les défis dans le domaine. Cette thèse constitue une ressource précieuse pour les décideurs politiques, les gestionnaires forestiers et les chercheurs qui cherchent à concevoir et à mettre en œuvre des réseaux de routes forestières durables qui équilibrent les objectifs écologiques, sociaux et économiques. / Scientific forest management involves using various techniques to maintain the economic and sustainable development of forests, improving the quality of life for forest-dependent communities. The design of forest road networks is crucial for effective forest management as it ensures access and connectivity to various parts of the forest, such as harvesting areas or fire management zones. Forest roads are a critical component of forest management, but their construction has significant environmental implications and is also the costliest aspect of forest infrastructure. To design an efficient forest road network, it is essential to balance competing demands such as sustainability and profitability. Public participation and consultation with local communities and stakeholders are crucial to ensure that the proposed road network copes with the necessities of all users while minimizing costs and environmental impacts. The thesis aims to provide a comprehensive literature review of forest road network design and identify the developed models and approaches for designing an efficient and sustainable forest road network. While previous literature reviews have focused on the evaluation and optimization of forest road construction and maintenance, this research strives to investigate the challenges and models of forest road network design in terms of sustainable development. Specifically, the study analyzes the main issues related to forest road network design optimization, such as stakeholder participation in decision-making, uncertainty in optimization models, climate change, and CO₂ emissions as part of the literature review. The findings of this systematic literature review provide a comprehensive assessment of the current state of the art in forest road network design and highlight the importance of ongoing research in this area. Our findings suggest that research has been conducted using various approaches, variables have been carefully selected and analyzed, and constraints have been taken into account to some extent. However, despite these efforts, the research indicates that there is still a need for more investigation, specifically in terms of the sustainability of forest road network design. Furthermore, the results highlight the lack of attention given to the concerns and interests of policymakers, as well as a lack of cooperation between stakeholders, and insufficient support for multiple stakeholders. The study also identifies several special applications in forest road network design, such as finding the optimal location and construction of new roads, optimizing the maintenance of existing roads, and balancing the trade-off between road construction cost and access to resources. By incorporating a range of relevant factors, this study offers valuable insights for the forestry industry to develop more sustainable and efficient forest road networks. Overall, this thesis contributes to the advancement of forest road network design research by providing a critical analysis of the existing literature and highlighting the gaps and challenges in the field. The thesis offers a valuable resource for policymakers, forest managers, and researchers who seek to design and implement sustainable forest road networks that balance ecological, social, and economic objectives.