Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

L'exploitation minière des sables bitumineux requiert une succession de nombreuses opérations pour séparer le bitume, l'eau et le sable. La séparation solide/liquide fait intervenir un hydrocyclone. Afin de limiter l'ajout d'eau, l'hydrocyclone doit fonctionner dans des conditions inhabituelles correspondant à une concentration élevée à l'alimentation. Une étude expérimentale a permis de caractériser l'ensemble des régimes de fonctionnement, l'influence de la concentration et des caractéristiques géométriques. De plus, des simulations numériques ont été réalisées avec NEPTUNE_CFD@Tlse. Deux méthodes sont proposées pour modéliser les comportements observés à faible et à forte concentration. Les résultats numériques sont en bon accord avec les expériences sur toute la gamme de concentration. L'étude des phénomènes locaux permet une meilleure compréhension des mécanismes de séparation. / Tar sands beneficiation requires a series of processing steps for separation of bitumen, water and sand particles. In this process, hydrocyclones are used to separate sand from water and bitumen, thereby recovering additional bitumen and concentrating sand particles before sending them off to tailing ponds. In order to reduce fresh water consumption (environmental policy), hydrocyclones need to operate with high feed solids content, say 50% in mass, which lays outside their standard operating regime. The response and performance of hydrocyclones need to be understood under such stringent operating conditions. A pilot scale experiment was commissioned for testing a 100mm diam. hydrocyclone under different operating regimes of discharge and measuring the corresponding separation performance. Feed solids concentration and geometrical properties were varied extensively. Separation performance indicators, including partition curve, cut-size, sharpness index and water recovery to underflow were obtained by standard data reconciliation. The experimental data provided all the information required to test the CFD model that was derived to simulate the hydrocyclone. Eulerian simulations of the three-dimensional liquid-solid flow inside the hydrocyclone were carried out, using a multi-fluid model (NEPTUNE_ CFD@Tlse). The actual geometrical features and operating conditions of the hydrocyclone were accurately matched in the simulations. Two simulation approaches have been proposed for hydrocyclone modelling, depending on their operating under dilute conditions, with a spray discharge or dense conditions, with a rope discharge. Numerical simulation results are in good agreement with experiments. Local analysis of hydrodynamic features yields new insights into the behaviour of hydrocyclones at high feed solids concentration.

Dans cette thèse, nous proposons une approche méthodologique et algorithmique pour la reconnaissance visuelle d'intentions, basée sur la rotation et le mouvement vertical de la tête et de la main. Le contexte dans lequel cette solution s'inscrit est celui d'une personne handicapée, dont la mobilité est assurée par un fauteuil roulant. Le système proposé constitue une alternative intéressante aux interfaces classiques de type manette, boutons pneumatiques, etc. La séquence vidéo, composée de 10 images, est traitée en utilisant différentes méthodes pour construire ce qui dans cette thèse est désigné par « courbe d'intention ». Une base de règles est également proposée pour classifier chaque courbe d'intention. Pour la reconnaissance basée sur les mouvements de la tête, une approche utilisant la symétrie du visage est proposée pour estimer la direction désirée à partir de la rotation de la tête. Une Analyse en Composantes Principales (ACP) est utilisée pour détecter l'intention de varier la vitesse de déplacement du fauteuil roulant, à partir du mouvement vertical de la tête. Pour la reconnaissance de la direction basée sur la rotation de la main, une approche utilisant à la fois la symétrie verticale de la main et un algorithme d'apprentissage (réseaux neuronaux, machines à vecteurs supports ou k-means), permet d’obtenir les courbes d'intentions exploitées par la suite pour la détection de la direction désirée. Une autre approche, s’appuyant sur l'appariement de gabarits de la région contenant les doigts, est également proposée. Pour la reconnaissance de la vitesse variable basée sur le mouvement vertical de la main, deux approches sont proposées. La première utilise également l'appariement de gabarits de la région contenant les doigts, et la deuxième se base sur un masque en forme d'ellipse, pour déterminer la position verticale de la main. Les résultats obtenus montrent de bonnes performances en termes de classification aussi bien des positions individuelles dans chaque image, que des courbes d'intentions. L’approche de reconnaissance visuelle d’intentions proposée produit dans la très grande majorité des cas un meilleur taux de reconnaissance que la plupart des méthodes proposées dans la littérature. Par ailleurs, cette étude montre également que la tête et la main en rotation et en mouvement vertical constituent des indicateurs d'intention appropriés / In this thesis, a methodological and algorithmic approach is proposed, for visual intention recognition based on the rotation and the vertical motion of the head and the hand. The context for which this solution is intended is that of people with disabilities whose mobility is made possible by a wheelchair. The proposed system is an interesting alternative to classical interfaces such as joysticks and pneumatic switches. The video sequence comprising 10 frames is processed using different methods leading to the construction of what is referred to in this thesis as an “intention curve”. A decision rule is proposed to subsequently classify each intention curve. For recognition based on head motions, a symmetry-based approach is proposed to estimate the direction intent indicated by a rotation and a Principal Component Analysis (PCA) is used to classify speed variation intents of the wheelchair indicated by a vertical motion. For recognition of the desired direction based on the rotation of the hand, an approach utilizing both a vertical symmetry-based approach and a machine learning algorithm (a neural network, a support vector machine or k-means clustering) results in a set of two intention curves subsequently used to detect the direction intent. Another approach based on the template matching of the finger region is also proposed. For recognition of the desired speed variation based on the vertical motion of the hand, two approaches are proposed. The first is also based on the template matching of the finger region, and the second is based on a mask in the shape of an ellipse used to estimate the vertical position of the hand. The results obtained display good performance in terms of classification both for single pose in each frame and for intention curves. The proposed visual intention recognition approach yields in the majority of cases a better recognition rate than most of the methods proposed in the literature. Moreover, this study shows that the head and the hand in rotation and in vertical motion are viable intent indicators

La Résonance Quadripolaire Nucléaire (RQN) est une méthode spectroscopique qui permet de détecter, dans une poudre, les noyaux quadripolaires, comme par exemple l’azote-14. Cette technique peut répandue, connait ces dernières années un regain d’intérêt puisqu’elle semble être prédestinée à la détection des explosifs. Le but de cette thèse était de trouver des solutions qui permettraient d’utiliser la RQN au maximum de ces capacités. Dans un premier temps, nos préoccupations ont été essentiellement d’ordre théorique afin d’établir les fondements théoriques de la RQN pour un noyau de spin 1. Pour cela, nous avons établi une approche particulièrement intéressante qui peut être appliquée de façon systématique sans avoir recours à la spécificité de l’expérience. Ensuite, nous avons mis au point des méthodes de mesures fiables et surtout optimiser les paramètres expérimentaux. Toutes ces considérations théoriques ont bien sûr fait l’objet de vérifications expérimentales. Aucun spectromètre complet de RQN n’existant commercialement, l’une des priorités du laboratoire a été de développer un spectromètre par impulsion ainsi qu’un logiciel spécialement conçu pour des expériences de RQN. Nous avons étudié des composés inertes comme le nitrite de sodium et l’hexaméthylènetétramine ainsi qu’un explosif, le RDX. Ainsi, de nombreuses applications et vérifications ont été possibles comme la détection et la caractérisation d’échantillons de RDX de qualités cristallines différentes ou encore les mesures de temps de relaxation en fonction de la température. / Nuclear Quadrupole Resonance (NQR) is a spectroscopic method which is used to detect, in a powder sample, a molecule containing quadrupolar nuclei, there are nuclei with a spin greater than ½ (e.g. 35Cl, 14N). This technique has known recently a renewed interest because of its potentiality for detecting drugs and explosives. During this three-year thesis, we attempted to find appropriated methods for using Nuclear Quadrupole Resonance at the maximum of its capabilities. First, we developed a novel theoretical approach universally applicable to any type of experiment. This approach has proven especially useful for optimizing the parameters involved in several experiments. The latter have been shown to support our theoretical predictions. As there is no NQR spectrometer commercially available, the most stringent prerequisite was to develop a dedicated instrument with a specific software allowing us to design new experiments. We studied two inert compounds: sodium nitrite and hexamethylenetetramine as well as an explosive: RDX. Many applications and verifications have been possible, for instance, the detection and characterization of RDX samples from different batches, or the variation of relaxation times as a function of temperature.

Dans le diagnostic médical, la surface ROC est l'outil statistique utilisée pour évaluer la précision d'un test diagnostic dans la discrimination de trois états d'une maladie, et le volume sous la surface ROC est l'indice utilisé pour la quantification de la performance du test. Dans certaines situations, différents facteurs peuvent affecter les résultats du test et ainsi les mesures de précision. Dans le cas des études longitudinales, le statut du patient peut changer au cours du temps. Dans ce manuscrit, nous avons développé des méthodes statistiques permettant d'évaluer les capacités discriminatoires des outils diagnostics et pronostics. Nous avons d'abord proposé une méthode semi-paramétrique pour estimer la surface ROC sous des modèles de rapport de densité. La construction de la méthode proposée est basée sur le modèle logit à catégories adjacentes et l'approche de vraisemblance empirique. Nous avons décrit la méthode bootstrap pour l'inférence des estimateurs obtenus. Ensuite, nous avons présenté une méthode d'estimation des surfaces ROC appelée famille de Lehmann des surfaces ROC. Cette méthode est basée sur la famille d'alternatives de Lehmann ou modèle à hasards proportionnels. Elle a l'avantage de prendre en compte les covariables qui peuvent affecter la précision d'un test diagnostic. En outre, nous avons développé une surface ROC covariable-spécifique basée sur la règle de Bayes. Pour cela, nous avons proposé un estimateur semi-paramétrique pour les surfaces ROC covariable-spécifique via des procédures de régression logistique polytomique et un modèle semi-paramétrique de localisation. Enfin, dans le cas où le statut du patient peut évoluer à travers différents stades d'une maladie, une méthode des surfaces ROC dépendant du temps a été développée. L'estimateur obtenu utilise l'approche "Inverse Probability of Censoring Weighting" (IPCW). Des simulations et des exemples sont fournis afin d'illustrer la performance des estimateurs proposés. / In diagnostic medical, the receiver operating characteristic (ROC) surface is the statistical tool used to assess the accuracy of a diagnostic test in discriminating three disease states, and the volume under the ROC surface is the used index for the quantification of the performance of the test. In some situations, various factors can affect the test results and subsequently the accuracy measures. In the case of longitudinal studies, the patient's status may change over time. In this manuscript, we developed statistical methods to assess the discriminatory capabilities of diagnostic and pronostic tools. We first proposed a semiparametric method for estimating ROC surface under density ratio models. The construction of the proposed method is based on the adjacent-category logit model and the empirical likelihood approach. We described the bootstrap method for inference of the obtained estimators. Next, we presented a method for estimating ROC surfaces called Lehmann family ROC surfaces. This method is based on the family of Lehmann alternatives or proportional hazards model. It has the advantage of taking into account covariates that may affect the accuracy of a diagnostic test. Moreover, we have developed a covariate-specific ROC surface based on the Bayes rule. For that, we proposed semiparametric estimator for covariate-specific ROC surfaces via polytomous logistic regression procedures and a semiparametric location model. Finally, in the case where patient's status may evolve through different stages of disease a method of time-dependent ROC surfaces was developed. The proposed estimator uses the "Inverse Probability of Censoring Weighting" (IPCW) approach. Simulations and examples are provided to illustrate the performance of the proposed estimators.

Cette thèse concerne l'étude du diagramme de phase du fer en conditions extrêmes de pression et température. La Terre possède un noyau interne solide et un noyau externe liquide, qui sont principalement composés de fer. Une détermination fiable de la température de fusion du fer à 330 GPa, pression au-delà de laquelle le noyau terrestre est solide, permet de contraindre la température du noyau, ce qui est essentiel pour comprendre la dynamique terrestre. Le diagramme de phase du fer a été étudié jusqu'à 200 GPa en cellule à enclumes de diamant chauffée par laser utilisant la diffraction par rayon X comme diagnostic de l¿apparition de la fusion. Les températures obtenues sont en accord avec celles mesurées par compression dynamique, aux incertitudes expérimentales près, et sont plus élevées que celles obtenues lors de précédentes expériences statiques utilisant un critère de fusion différent. L'appareil, les méthodes et la métrologie utilisés pour les expériences en cellule à enclume de diamant chauffée par laser sont présentées ainsi que les problèmes rencontrés dans les expériences statiques à de telles conditions extrêmes. La possibilité d'utiliser le signal de diffraction des rayons X du joint en Re à des fins d'étalonnage de la pression pour l'expérimentation dans le domaine du multi-Mbar est aussi abordée. Dans ce but, l'équation d¿état du Re a été mesurée à 144 GPa. En fin, un test préliminaire a été effectué pour vérifier la possibilité d'utiliser la spectroscopie d'absorption des rayons X en dispersion d'énergie comme une technique complémentaire à la diffraction des rayons X pour la détermination de la courbe de fusion du fer. / This thesis concerns the study of the phase diagram of iron at extreme conditions of pressure and temperature. Iron is the main constituent of the terrestrial planetary cores. In particular, the Earth has a solid inner core and a liquid outer core which are mainly composed of iron. The accurate determination of the melting temperature of iron at the inner core boundary pressure, 330 GPa, would provide an important constraint on the temperature of the core, which is essential to understand how the dynamic Earth works. The phase diagram of iron has been investigated in laser-heated diamond anvil cell experiments up to 200 GPa using synchrotron-based fast X-ray Diffraction as a primary melting diagnostic. The obtained melting temperatures agree within the experimental uncertainties with the ones obtained from shock wave experiments and are higher than those reported by previous static experiments, where a different melting criterion was used. The apparatus, methods and metrology used in the static laser heated diamond anvil cell are discussed together with the issues encountered in static experiments at such extreme conditions. The possibility of using the X-ray diffraction signal of Re gasket for pressure calibration purpose for experiment in the multi-Mbar range is also discussed. For this purpose, Re equation of state has been measured up to 144 GPa. Finally, a preliminary test has been performed to check the possibility of using energy dispersive X-ray absorption spectroscopy as a technique complementary to fast X-ray diffraction in the investigation of the melting curve of iron.

Cette thèse s’effectue au sein de l’université de Bordeaux. Ce projet concerne la construction en bois et en particulier la compréhension des phénomènes à l’origine des fissures dans les structures bois. L’un des objectifs étant de concevoir des méthodes efficaces de renforcement local pour les éléments de structure. Pour cela, l’étude se décompose en plusieurs étapes, la compréhension des phénomènes mis en jeu dans la création des fissures sur des bois de construction. Ce travail s’orientera sur la modélisation de fissure en mode mixte, la recherche de solution de renforcement avec compréhension fine de l’impact de types de renforts sur la propagation de la fissure. Cette étude sera accompagnée d’une campagne d’essais, afin de vérifier l’efficacité des renforcements choisis et d’identifier l’impact de l’effet d’échelle sur les modèle de prédiction. Des essais de grandes dimensions seront donc réalisés pour mieux appréhender les effets de groupes et les effets d’échelle sur du matériau d’emploi. On vise ensuite à définir des outils prédictifs de la résistance des systèmes renforcés et de moyens de contrôles pour les Plan d’Assurance Qualité. / The purpose of reinforcing assemblies and structural elements inwood is to overcome the resistance limits of the material, by transferring greaterefforts in areas which can lead to premature cracking in structures. The reinforcementsused can be made of steel, composite materials or wood. Their hook can bemechanical (screwed bodies) or by adhesion (structural bonding like glued-in rodsfor example). In both cases, the transfer of solicitations remains poorly known, andthe effect of the beginning and the deflection of crack are not well apprehended. Inengineering techniques, the wood resistance in the reinforced area is neglected, whichis in line with the precautionary principle. Currently, the scientific investigations areinterested in the resistance of those kind of techniques without considering the interactionsbetween the quasi-brittle behavior of the wood and the reinforcementswhich govern the gain in mechanical performance. However, these solutions can leadto a failure caused by the progressive splitting of the wood and the anchor loss ofthe reinforcement. So it seems accurate to propose predictions of the short-termstrength for splitting of reinforced and unreinforced beams, which can be used tofurther exploration of the long-term failure mechanism. That is why, in this study, aglobal prediction model of the ultimate strength of structural components subjectedto splitting, reinforced and unreinforced ones, was developed. It considers the quasibrittlebehavior of the wood and crack propagation in mixed mode, using a mixinglaw established on the R-curves. The relevance of this modeling was then comparedto the current dimensioning methods of the Eurocodes 5, for notched beams, withexperimental campaigns conducted at different scales.