Dans la littérature, les réseaux de Bragg intégrés sur silicium sont relativement simples par rapport à leurs contreparties fibrées. Cependant, la fabrication de réseaux plus élaborés permettrait d’améliorer la capacité de traitement du signal des circuits sur silicium. Cette thèse s’attarde donc aux difficultés encourues lors de la conception, de la fabrication et de la caractérisation de réseaux de Bragg sur silicium ayant une réponse spectrale élaborée. Tout d'abord, afin de caractériser la réponse spectrale complexe des réseaux, l’utilisation de filtrage temporel est proposée afin de supprimer les réflexions parasites. Cela a permis d’utiliser des algorithmes de reconstruction fournissant une caractérisation complète de ces structures. De plus, l’ajout d’un filtrage des hautes fréquences spatiales a permis de réduire considérablement le bruit des mesures. Par la suite, les principales sources de distorsions de la réponse spectrale des réseaux ont été identifiées, soit la rugosité des guides et la variation de leur épaisseur. L’impact de ces phénomènes a été étudié numériquement et analytiquement et, pour la première fois, la longueur de corrélation de ces sources de bruit a été caractérisée expérimentalement sur une longueur suffisante. Finalement, deux techniques permettant de diminuer l’impact de ces phénomènes ont été proposées, ce qui a permis de fabriquer les réseaux de Bragg sur silicium ayant la plus petite largeur de bande publiée à ce jour. Également, nous avons fait les premières démonstrations d’apodisation de réseaux de Bragg utilisant uniquement la phase de ces derniers (c.-à-d. apodisation en phase et par superposition). Contrairement aux techniques déjà proposées, ces dernières ont l'avantage de ne pas introduire de distorsions de l'indice effectif, ils sont plus robuste aux erreurs de fabrication et sont compatibles avec l’apodisation de réseaux à corrugations de très petites amplitudes. Finalement, afin d'augmenter la longueur des réseaux tout en gardant leur dimension compatible avec la taille des puces de silicium, les réseaux ont été courbés en forme de spirale compacte. Pour ce faire, la période des réseaux a été modifiée afin de compenser l'effet de la courbure sur l'indice effectif. Ainsi, nous avons démontré que des réseaux de 2 mm de long pouvaient être intégrés sur une surface de 200 µm x 190 µm sans ajout de dégradation spectrale et, surtout, sans restriction sur la structure du design. Ces résultats sont significatifs, car un contrôle précis de la phase et de l’amplitude des réseaux combinés avec la capacité de fabriquer de réseaux longs sont nécessaire afin de réaliser des filtres optiques intégrés avec des réponses spectrales élaborées. Ainsi, le travail présenté dans cette thèse ouvre la porte à de nouveaux designs à base de réseaux de Bragg. / In the literature, integrated Bragg gratings in Silicon-on-Insulator are relatively simple compared to their fibre Bragg grating counterpart. However, elaborate gratings could improve the signal processing capability of the silicon platform. Thus, this thesis addresses the issues that prevent the design, the fabrication and the characterization of Bragg gratings having elaborate spectral response in the silicon platform. Firstly, in order to precisely characterize Bragg gratings complex spectral response, we proposed to suppress parasitic reflections using temporal filtering. The results obtained with measurement technique, when used with an integral layer peeling algorithm, allowed us to retrieve the amplitude and phase profiles of the grating thus providing a complete characterization of the structure. Moreover, the addition of a low-pass spatial filter allowed improving the characterization process by reducing the measurement noise. Secondly, the main sources of distortion of Bragg gratings spectral response have been identified to be the sidewall roughness and the wafer height fluctuation. An exhaustive study of the impact of these phenomena has been done both numerically and analytically. Furthermore, for the first time, the autocorrelation of these noise sources has been characterized experimentally on a sufficient length. Finally, improvements in the waveguide designs have reduced significantly these effects which allowed the fabrication of Bragg gratings in silicon with the smallest bandwidth published to date. Thirdly, the first demonstration of apodized Bragg gratings using only phase modulation of the structure has been done (i.e. phase apodisation and superposition apodisation). Unlike already published techniques, the later ones have the advantage to be robust to deep-UV lithography and fabrication errors. Furthermore, they do no introduce distortions into the grating phase profile and they are compatible with gratings having small recesses. Finally, in order to increase the grating length while keeping their dimension compatible with the silicon chip size, we proposed to bend them in a compact spiral shape. To do this properly, the curvature impact on the effective index has been modeled and compensated successfully by modifying the grating period. Thus, we have shown that 2 mm long gratings can be integrated on a surface of 200 µm x 190 µm without the addition of spectral degradation and without restrictions on the design structure. These results are of importance because longer grating structures with weaker coupling coefficients and a precise control both on its phase and amplitude are required in order to achieve integrated optical filters with elaborate spectral responses. Thus, we believe that the work presented in this thesis open the door to many new grating-based optical filter designs compatible with integrated optics technologies.

Ce travail de maitrise s’inscrit dans le cadre des activités de recherche du Laboratoire de Machines Hydraulique de l’Université Laval et a pour objectif la caractérisation de l’écoulement dans le canal d’entrée d’un modèle de turbine hydraulique de type bulbe. La représentation des champs de vitesses moyennes et des fluctuations sous différentes conditions d’opérations ont été obtenues en utilisant un système de mesure LDV. Un débalancement du débit et des structures tourbillonnaires dans le canal d’entrée ont été mises en évidence. La conception d’une géométrie d’obstacle provoquant une non-uniformité dans le canal d’entrée a été développée en tenant compte des prédictions de simulations numériques. Des simulations numériques de la machine complète en régime stationnaire et instationnaire selon deux configurations géométriques ont été menées pour déterminer l’influence des conditions d’entrée de l’écoulement sur les performances de la machine. Des comparaisons entre les quantités expérimentales et numériques ont été réalisées. / This work is part of the research activities of the Hydraulic Machines Laboratory of the Laval University and its objective is to contribute to the characterisation of the intake flow in a model of a bulb turbine. The representation of the mean velocity fields and the turbulent fluctuations under predefined operating conditions were obtained by the use of a LDV measurement system. Mass-flow imbalance and vortices in the intake channel were identified. The conception of an obstacle geometry causing a non-uniformity in the intake channel has been developed taking in consideration the predictions of numerical simulation. Numerical simulations of the complete machine for both steady and unsteady case were performed with and without obstacle in the intake channel. The objective of this process was to evaluate the influence of the intake flow condition on the turbine performances. Moreover, comparisons between experimental and numerical quantities were made.

Ce mémoire présente les travaux effectués dans le cadre d'un projet de recherche dont le but était de déterminer le potentiel de la ventilation afin d'améliorer les performances énergétiques de fenêtres dites « intelligentes » intégrant un verre électrochromique, une technologie émergente permettant à la fenêtre d'avoir une opacité variable. Premièrement, afin d'atteindre les objectifs fixés, un modèle de fenêtre ventilée a été implanté dans un logiciel commercial de volumes finis afin d'évaluer les bénéfices de la ventilation. Les modes d'opérations de la fenêtre ventilée étudiés étant pensé afin de réduire les charges de climatisation, les simulations ont été effectuées pour des conditions extérieures standards d'été proposées par la NFRC (National Fenestration Rating Council). Une analyse de l'impact de la ventilation sur des fenêtres faites de différents verres tels que des verres clairs et des verres énergétiques low-e ainsi qu'une étude plus exhaustive pour une fenêtre intégrant un verre électrochromique ont été effectuées selon des critères d'évaluation de performance standards dans l'industrie des fenêtres. Les résultats présentés dans un premier article de journal scientifique ont démontré le potentiel des fenêtres électrochromiques ventilées et la pertinence d'approfondir les recherches sur le sujet. Par la suite, un modèle numérique développé et présenté dans le premier article a été implanté dans un modèle numérique de simulation énergétique de bâtiment existant afin d'évaluer l'impact de la ventilation sur la consommation d'énergie annuelle d'un bâtiment situé à Miami, en Floride, avec des façades faites de verres électrochromiques dont l'opacité est optimisée pour chaque heure de l'année pour minimiser la consommation d'énergie. Les performances de la ventilation en fonction de l'orientation de la façade fenestrée, c'est-à-dire nord, sud, est et ouest, ainsi que l'influence de la quantité de rayonnement solaire reçue par la façade ont été analysées. Les résultats présentés dans un deuxième article de journal scientifique ont permis d'évaluer les surcoûts acceptables engendrés par l'installation de verres électrochromiques au lieu de verres énergétiques low-e afin d'obtenir un retour sur investissement au bout de 5 à 10 ans.

Depuis quelques décennies, plusieurs compagnies manufacturières font face à la compétition intense due à l'importation. Même en adoptant de nouvelles technologies et processus, les économies en main-d'oeuvre dans les pays émergeants, sont difficiles, sinon impossibles à rivaliser. Une piste prometteuse pour la compétitivité est d'offrir des produits et services personnalisés. La première contribution de la thèse est un modèle de personnalisation à huit niveaux. Dans ce modèle, les manufacturiers offrent aux marchés une combinaison d'options des produits, des délais de livraison, des niveaux de service et des prix. Des manufacturiers voulant présenter des offres personnalisées doivent en analyser l'implication sur leurs processus d'affaires. La deuxième contribution de la thèse indique les impacts que chaque type d'offre personnalisée engendre aux processus clefs d'affaires, soit le marketing, la production ou l'approvisionnement. Une fois que les stratégies de personnalisation sont déterminées, le défi est de planifier les besoins en ressources pour supporter les offres personnalisées. La dernière contribution est une méthodologie qui s'adresse à cette problématique. La méthodologie consiste en un heuristique à deux niveaux appuyés sur la simulation du type Monte-Carlo. Le niveau supérieur considère la chaîne de valeurs en entier et des variables au niveau du réseau sont déterminées. Le niveau inférieur configure les ressources pour chaque centre du réseau. Ceci est accompli en simulant simultanément, des plans de production qui satisfont des profils de demande stochastique. L'approche est incorporée dans un logiciel expérimental qui permet à l'utilisateur de modéliser un réseau de centres, leurs offres personnalisées et leurs marchés, afin de trouver une solution dans un temps rapide. La méthodologie est illustrée par un cas dans l'industrie de fabrication de bâtons de golf et les offres permettent de refléter la complexité de la personnalisation.

Les systèmes de positionnement entraînés par une courroie crantée sont largement utilisés en industrie. Leurs principaux avantages sont leur capacité d'atteindre des vitesses et accélérations importantes, leur flexibilité, leurs faibles coûts et leur facilité d'intégration. Cependant, le caractère flexible de la courroie cause également une diminution de la précision du système. Pour remédier à ce problème, plusieurs contrôleurs ont été développés afin d'intégrer l'effet de la courroie et ainsi augmenter les performances du système. Toutefois, les contrôleurs proposés nécessitent l'ajout d'un capteur donnant directement la position du chariot, ce qui augmente le coût et la complexité du système. Ce mémoire a donc comme objectif d'étudier les systèmes entraînés par une courroie afin de mettre au point une méthode pour augmenter les performances des contrôleurs sans toutefois augmenter leur coût. La méthode proposée utilise une compensation de le jeu entre-dents entre la poulie et la courroie ainsi que deux cellules de charge permettant de mesurer la tension dans la courroie. La combinaison de ces ajouts permet d'estimer la position du chariot et de remplacer la mesure directe sur celui-ci. L'acquisition de la tension dans la courroie permet d'intégrer l'effet élastique de celle-ci en déterminant et en compensant son élongation. Quant à elle, la compensation du jeu entre-dents est basée sur une nouvelle représentation ainsi qu'un nouvelle identification de ce jeu qui inclut les autres non-linéarités agissant sur le système, telles que la vibration, la friction non-linéaire et d'autres non-linéarités associées à la tension dans la courroie. Différents tests on été effectués afin de démontrer la performance de cette méthode d'estimation. Celle-ci a ensuite été implantée dans les contrôleurs proposés par la littérature pour améliorer les performances des systèmes entraînés par une courroie crantée. / Belt-driven systems are widely used for positioning applications. The main advantage of these systems is their ability to reach high speeds and accelerations, their low cost, their ease of implementation and their flexibility. However, the flexibility of the belt aslo causes the main disadvantage which is the lack of precision. Different control techniques have been elaborated to alleviate this problem by including the belt elasticity information in the controller. However, these method requires additional material and more complex implementation. The main goal of this project is to analyse belt-driven systems in order to develop a method to improve the accuracy of such systems without ading costly material. The elaborated method uses two load cells and a new backlash compensation to replace the belt-driven carriage position feedback and thus improve the precision of the system without direct carriage measurement. The inclusion of the load cell allows a belt elongation compensation in the controller. The backlash compensation is based on a new representation and identification method developed specially for belt-driven applications, which includes other non-linearities acting on the system. Experiments are conducted to assess the effectiveness of the elaborated method and an implementation on actual controllers demonstrate its effectiveness.

Ce mémoire analyse les pratiques actuelles concernant le servIce de maintenance et de télémaintenance, tout particulièrement dans un contexte industriel. Bien que la télémaintenance commence à être un concept connu et appliqué dans certains types d'industries, elle est rarement considérée dans les étapes de conception comme un élément de différenciation à offrir au client, et par conséquent devant être un livrable des projets de développements de nouveaux produits. Par le biais de l'étude d'un cas réel d'une industrie manufacturière, ce mémoire présente un modèle pour intégrer cet élément de différenciation au sein des processus de conception des entreprises manufacturières qui désirent se démarquer de ses compétiteurs de façon stratégique. Le cas de la Corporation STERIS Canada présenté dans ce travail explique comment améliorer l'approche classique de développement de produits actuellement en place, en intégrant les éléments de retour d'expérience client conjointement à la télémaintenance.

Des anodes de haute densité et de qualité uniforme sont d'un grand intérêt dans la production d'aluminium primaire. La variation dans les propriétés des matières premières ainsi que le grand nombre de variables est reconnue comme étant un grand défi et conduit à des anodes de qualité très variable. Dans ce projet, une d'essai de comportement au compactage de la pâte d’anode a été développée. Le comportement au compactage de la pâte d'anode a été utilisé comme indice de qualité intermédiaire pour réduire le nombre de variables. Différentes combinaisons de temps et de températures de mélange ont été utilisées pour faire de la pâte d’anode afin de comprendre les effets des variables de mélange. Les pâtes ont été compactées, cuites et caractérisés par la suite. Le mélange effectué à 178 C pendant 10 minutes a été celui permettant d’obtenir la distribution la plus homogène de coke et de brai et la densité maximale des échantillons verts et cuits. Il est admis que le comportement à la déformation de la matrice liante (particules fines de coke+brai) contribue fortement au processus de compactage. Les mélanges des matrices liantes et des pâtes d’anodes, avec différents ratios de brai et de particules de coke, ont été compactés à des taux de déformation différentes. La compaction de la matrice liante et de la pâte d'anode, avec les compositions classiques utilisées dans ce projet, n’est pas significativement dépendante de la vitesse de mise en forme. L'effet de la forme et de la densité des particules sur la densité de la pâte compactée a été étudié. La densité apparente des particules, la densité apparente (Scott) et la densité apparente vibrée du lit de particules ont été mesurées pour différentes fractions de cinq sources de coke éponge. Des pâtes d’anode ont été produites à partir des cinq cokes et ensuite compactées. Il a été suggéré que la densité apparente vibrée n'est pas un facteur suffisant pour déterminer les propriétés de compaction et la densité de la pâte compactée et aussi que les facteurs de forme et la densité des particules sont des paramètres importants qui devraient être considérés.

Le revêtement d'une cuve d'électrolyse est constitué en grande partie de matériaux à base de carbone. La caractérisation thermomécanique de ces matériaux est essentielle afin de modéliser leur comportement lors du préchauffage et en phase de production d'aluminium. Une vaste étude expérimentale a ainsi été élaborée afin de caractériser les cathodes de carbone et se veut une collaboration entre l'Université Laval et Carbone Savoie. Cette étude porte sur la détermination du module d'Young et de l'en-dommagemciit et ce, pour des températures allant de 25°C à 1000'C. Les échantillons cylindriques utilisés ont un diamètre de 50 mm, soit des échantillons de très grandes tailles considérant les contraintes techniques dans un contexte de caractérisation à haute température. Ce mémoire présente donc les résultats obtenus sur des échantillons de cathode de type graphitique pour des températures allant de la température ambiante jusqu'à la température d'opération.

Ce mémoire présente la technique employée pour réaliser la simulation en VHDL d'une architecture d'estimateur de canaux pour récepteur à traitement spatiotemporel. Par l'utilisation de réseaux systoliques adaptés pour une future implantation matérielle FPGA, il est possible de démontrer qu'on peut utiliser l'estimation par corrélation et l'estimation par la minimisation de l'erreur quadratique moyenne pour estimer les canaux à la réception d'un système de communication sans fil. Avant tout, une brève revue scientifique sur les systèmes de communication sans-fil est effectué et les deux méthodes d'estimation sont analysées avec Matlab afin de démontrer qu'elles peuvent combattre les distorsions et les évanouissements subis par le signal lors de la transmission. Par la suite, il est proposé d'associer l'utilisation de l'architecture des réseaux systoliques avec les multiplications matricielles. Finalement, deux de ces architectures systoliques sont implantées et utilisées pour la réalisation en VHDL des deux méthodes d'estimation des canaux.

Une méthode d'application des lisiers qui réduit la volatilisation de l'ammoniac est nécessaire pour augmenter la valeur fertilisante des lisiers et réduire leur impact environnemental. La présente étude vise à mesurer la volatilisation de l'ammoniac suivant l'application de lisier de porc sur une prairie de graminées, à évaluer la performance de diverses rampes d'épandage et à identifier celles qui minimisent les émissions d'ammoniac. Durant les saisons de croissance 2004 et 2005, la volatilisation de l'ammoniac a été mesurée à l'aide de tunnels ventilés. Trois types de rampe d'épandage ont été comparés en 2004 et quatre en 2005 soit : l'assiette déflectrice, le pendillard, le patin glissant et le passage d'un aérateur « Aerway » suivi d'un pendillard (seulement en 2005). L'utilisation de rampes basses qui déposent le lisier en bande sous le feuillage (pendillards, patins glissants) a significativement (p < 0,05) réduit les émissions d'ammoniac par rapport à un épandage en pleine surface sur le feuillage (assiette déflectrice) (réduction d'environ 45 %). Les applications en bande entraînent moins de volatilisation qu'une application en pleine surface, car elles réduisent le contact entre le lisier et l'atmosphère et permettent une meilleure infiltration du lisier dans le sol. Lors de deux épandages sur trois, l'utilisation de la rampe munie de pendillards a réduit davantage les émissions d'ammoniac (35 %) comparativement à un épandage à l'aide des patins glissants (p < 0,05). Le patin glissant a eu tendance à retarder l'infiltration du lisier possiblement par un lissage de la surface du sol, augmentant ainsi l'exposition du lisier à l'atmosphère. L'utilisation de l'aérateur avant l'application du lisier n'a pas réduit les émissions d'ammoniac comparativement à l'utilisation de pendillards seuls (résultats d'un seul essai). Cette étude fournit aux agriculteurs des informations utiles quant au choix du type de rampe à utiliser pour l'épandage. C'est la rampe à pendillards qui a le plus contribué à diminuer les émissions d'ammoniac dans l'atmosphère.