Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2018-2019 / L’utilisation de systèmes de béton chauffant électriquement conducteur en conditions hivernales constitue une alternative intéressante pour prolonger la durée de vie des structures et pour assurer la mobilité et la sécurité des usagers de la route. En remplaçant certaines composantes conventionnelles du béton, il est possible d’augmenter suffisamment sa conductivité électrique pour que ce dernier dégage de la chaleur lors du passage d’un courant électrique. L’utilisation de ce type de système dans des zones à grande sensibilité hivernale est une option pour remplacer les techniques présentement utilisées pour le déneigement et le déglaçage souvent mauvaises pour l’environnement, inefficaces, endommagent les structures en plus d’être très coûteuses. Néanmoins, le succès d’un tel système demande une bonne élaboration du mélange de béton électriquement conducteur et une configuration d’électrodes permettant un dégagement de chaleur uniforme. L’automatisation par des capteurs augmente l’efficacité énergétique du système en activant ce dernier seulement quand le besoin se manifeste, c’est-à-dire en conditions de chute de neige, de pluie verglaçante ou de brouillard givrant. L’objectif principal de ce projet de recherche est de développer un système automatisé de fonte de neige et de glace en optimisant les recettes de béton et la position des électrodes précédemment mentionnés vers des solutions économiques et efficaces. Dans ce mémoire, le développement de mélanges de bétons et de mortiers électriquement conducteurs sera développé, en plus de l’élaboration d’une configuration d’électrodes rencontrant des critères de sécurité et de consommation énergétique. Ces réalisations par étapes en laboratoire seront suivies par des essais en conditions réelles hivernales sur un prototype de 1.1m² installé sur le campus de l’Université Laval. Les succès de ce travail de recherche présentent des résultats et confirment le côté innovateur et le potentiel commercial du système élaboré. / The use of electrically conductive heated concrete systems in winter conditions is an interesting alternative to extend the life of structures and to ensure the mobility and safety of road users. By replacing some conventional components of concrete, it is possible to increase its conductivity sufficiently to release heat when electric current passes through it. Using this type of system in strategic points can be an option to replace techniques currently used for snow and ice removal, which are bad for the environment, are not effective, cause damage to structures and are very expensive. Nevertheless, the success of such a system requires a good elaboration of the electrically conductive concrete mix design and a configuration of electrodes that releases heat uniformly. Sensor automation increases the energy efficiency of the system by activating the latter only when the need arises, i.e. under snowfall, freezing rain or freezing fog conditions. The main objective of this research project is to develop an automated snow and ice melting system using the previously mentioned concrete and electrodes. In this thesis, the development of electrically conductive concrete and mortars mix designs will be presented, in addition to the development of an electrode configuration that meets criteria of safety and energy consumption previously established by the searchers. These laboratory steps will be followed by tests in real winter conditions on a 1.1m² prototype installed on Laval University’s campus. The successful results confirm the innovative side and commercial potential of the developed system.

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.

Ce mémoire a pour principal objectif d’identifier des concepts de commande d’attitude et de guidage en boucle ouverte pour supporter le développement éventuel d’un lanceur canadien pouvant effectuer la mise en orbite de microsatellites. Une revue de la littérature des différents systèmes impliqués dans l’asservissement d’un lanceur est présentée. Cette revue a permis de cibler les principales difficultés rencontrées pour la commande d’attitude des lanceurs, ainsi que certaines pistes de solutions. Ces difficultés sont principalement la flexion et le ballottement des ergols. Les équations de mouvement de l’attitude d’un lanceur à corps rigide en fonction de l’angle de braquage d’une tuyère sont décrites. Des régulateurs qui stabilisent et asservissent le lanceur flexible en vitesse angulaire et en position angulaire sur le simulateur Simulink® à six degrés de liberté du RDDC Valcartier sont développés. Pour finir, deux techniques de guidage sont expliquées et testées en présence de diverses perturbations. / This memoir’s main objective is to identify concepts of attitude control and open loop guidance to support the eventual development of a Canadian launcher, capable of orbiting microsatellites. A literature review of various systems involved in the stabilization of the launcher is presented. This review pinpointed the main difficulties met for attitude control of launch vehicles, as well as some possible solutions. Those are mainly the bending and sloshing of propellant. The attitude equations of motion for a rigid body launcher as a function of the steering angle of a nozzle are described. Controllers that stabilize and control the flexible launcher angular velocity and angular position on the six degrees of freedom DRDC Valcartier Simulink® simulator are devellopped. Finally, two techniques for guidance are explained and tested in presence of various perturbations.

Cette thèse a pour sujet le développement d’un détecteur à fibre scintillante plastique pour la dosimétrie des faisceaux de photons de basses énergies. L’objectif principal du projet consiste à concevoir et caractériser cet instrument en vue de mesurer la dose de radiation reçue au cours des examens d’imagerie diagnostique et interventionnelle. La première section est consacrée à la conception de six différents systèmes et à l’évaluation de leur performance lorsqu’ils sont exposés à des rayonnements de hautes et basses énergies. Tous les systèmes évalués présentaient un écart type relatif (RSD) de moins de 5 % lorsqu’ils étaient exposés à des débits de dose de plus de 3 mGy/s. Cette approche systématique a permis de déterminer que le tube photomultiplicateur répondait le mieux aux conditions d’exposition propres à la radiologie. Ce dernier présentait une RSD de moins de 1 % lorsque le débit de dose était inférieur à 0.10 mGy/s. L’étude des résultats permis également de suggérer quelques recommandations dans le choix d’un système en fonction de l’application recherchée. La seconde partie concerne l’application de ce détecteur à la radiologie interventionnelle en procédant à des mesures de dose à la surface d’un fantôme anthropomorphique. Ainsi, plusieurs situations cliniques ont été reproduites afin d’observer la précision et la fiabilité du détecteur. Ce dernier conserva une RSD inférieure à 2 % lorsque le débit de dose était supérieur à 3 mGy/min et d’environ 10 % au débit le plus faible (0.25 mGy/min). Les mesures sur fantôme montrèrent une différence de moins de 4 % entre les mesures du détecteur et celles d’une chambre d’ionisation lors du déplacement de la table ou du bras de l’appareil de fluoroscopie. Par ailleurs, cette différence est demeurée sous les 2 % lors des mesures de débit de dose en profondeur. Le dernier sujet de cette thèse porta sur les fondements physiques de la scintillation dans les scintillateurs plastiques. Les différents facteurs influençant l’émission lumineuse ont été analysés afin d’identifier leur contribution respective. Ainsi, la réponse du détecteur augmente de près d’un facteur 4 entre un faisceau de 20 kVp et 250 kVp. De ce signal, la contribution de la fluorescence produite dans la fibre claire était inférieure à 0.5 % lorsque les fibres étaient exposées sur 10 cm par des faisceaux de 20 à 250 kVp. Le phénomène d’extinction de la fluorescence par ionisation a également été étudié. Ainsi, l’atténuation du signal variait en fonction de l’énergie du faisceau et atteignit environ 20 % pour un faisceau de 20 kVp. En conclusion, cette étude suggère que les détecteurs à fibres scintillantes peuvent mesurer avec précision la dose de radiation reçue en imagerie diagnostique et interventionnelle, mais une calibration rigoureuse s’avère essentielle. / This thesis deals with the development of a plastic scintillation detector for low energy photon eams. The main goal of the project consists in the design and characterization of this tool in the aim of measuring the radiation dose involved during diagnostic and interventional radiology examinations. The first section is devoted to the design of six different systems and to their performance evaluation when they are exposed to high and low energy radiation. For all photodetectors, the relative standard deviation (RSD) was less than 5% for dose rates higher than 3 mGy/s. This systematic approach identified the photomultiplier tube as the most appropriate photodetector for radiology specific beam qualities. Indeed, its RSD was less than 1% when the dose rate was below 0.10 mGy/s. The result analysis allowed the suggestion of some guidelines for the selection of an appropriate detector for a specific application. The second part was about this detector application to interventional radiology procedures by performing dose measurements at an anthropomorphic phantom surface. Several clinically relevant setups were reproduced to observe the detector’s accuracy and reliability. The RSD remained under 2% when the dose rate was more than 3 mGy/min and about 10% at the lowest dose rate (0.25 mGy/min). Phantom measurements showed a dose rate difference between the detector and the ion chamber of less than 4% when moving the table’s height or rotating the fluoroscope gantry. Moreover, this difference was below 2% for depth dose rate measurements. The last subject of this thesis was about the fundamental physics of scintillation within the plastic scintillators. The factors affecting the light emission were analyzed in order to identify their respective contribution. The detector’s response increased by a factor of about 4 when the tube potential varied between 20 kVp and 250 kVp. The clear optical response was below 0.5%of the scintillator’s light when the fibers were exposed on 10 cm-long by these beam qualities. he ionization quenching phenomenon was also investigated. The signal attenuation varied with the beam energy and reached about 20% for a 20 kVp beam quality. In conclusion, this study suggests that the plastic scintillation detectors can accurately measure the radiation dose involved in diagnostic and interventional radiology, but a rigorous calibration is essential.

Le but de la présente recherche est le développement d'un instrument de mesure du vent adapté aux conditions climatiques froides et à la présence de glace en milieux nordiques. Dans le cadre de ce projet, plusieurs prototypes adaptés aux climats nordiques ont été conçus, développés, mis en service et testés sous des conditions contrôlées et sur des sites réels d'exploitation éolienne. La thèse qui suit présente la méthodologie utilisée ainsi que les travaux qui ont été réalisés lors du développement de cet anémomètre anti-glace chauffant. Les prototypes développés dans le cadre de ce projet sont des anémomètres à coupoles dont certains éléments sont chauffés. Les endroits critiques où la formation de glace affecte la mesure de la vitesse du vent ont été identifiés à l'aide d'essais expérimentaux. Les différents aspects de la mesure et du contrôle de l'instrument ont été étudiés et ont conduit à un prototype optimisé (prototype de 4eme génération). Le dernier prototype présenté dans cette thèse inclut l'intégration d'un microprocesseur permettant la mesure de différentes quantités. Les données recueillies en temps réel permettent de faire un contrôle sans précédent du chauffage, une compensation dynamique du signal de vitesse du vent pour diminuer la survitesse (« overspeeding ») et permettent de fournir une indication sur la présence et l'intensité des conditions propices à la formation de glace. Cette thèse démontre la nécessité d'utiliser des instruments chauffants développés adéquatement par des essais expérimentaux et une étude théorique de leur fonctionnement.

Les enseignants ont plusieurs raisons d'afficher sur les murs de leur salle de classe et d'en changer régulièrement le contenu. Par exemple, l'affichage peut servir à soutenir l'apprentissage, la motivation des élèves et leur estime de soi ou simplement être décoratif. On compte parmi les principales composantes de l'affichage, des affiches en papier qui remplissent ces différentes fonctions, mais aussi du matériel de communication, comme les tableaux, les tableaux numériques interactifs et les babillards. Des recherches s'intéressant aux répercussions de l'abondance des affichages dans les salles de classe ont démontré qu'un niveau d'affichage élevé peut créer des distractions visuelles chez les élèves et parle fait même avoir une incidence sur leur apprentissage. En ce sens, ce mémoire s'intéresse à l'affichage dans les salles de classe du primaire, à partir de paramètres liés à l'aménagement de la salle de classe et de caractéristiques de l'affichage, notamment le degré de complexité, de flexibilité et d'utilité. Ces derniers permettent de comprendre les répercussions de l'affichage sur l'apprentissage. Alors que les caractéristiques de l'affichage : la quantité, l'organisation, la couleur, l'adaptabilité et la pertinence ont été retenues pour comprendre l'influence de l'affichage sur l'attention visuelle. En lien avec le mandat du consortium de recherche Schola, l'équipe responsable du Volet mobilier et affichage a photographié les murs de 18 salles de classe localisées dans autant d'écoles primaires au Québec. De ces photographies, 72 schémas ont été réalisés puis analysés afin de dresser un portrait matériel des murs en considérant : la quantité, l'organisation et la pertinence de l'affichage. Les résultats révèlent qu'un mur sur quatre est considéré comme étant trop chargé, que plus de la moitié des murs analysés manquent d'organisation et que le matériel peu pertinent pour l'apprentissage ajoute à la charge matérielle d'occupation des murs. Cet examen pourrait mener vers de meilleures pratiques de l'aménagement de l'affichage afin de favoriser l'attention visuelle des élèves. / There are many reasons for teachers to post on their classroom walls and to change the content regularly. For example, posters can be used to support learning, student motivation and self-esteem, or simply to decorate. Key components of signage include paper posters that serve these different functions, as well as communication materials such as chalkboards, interactive digital boards and bulletin boards. Research into the impact of an abundance of displays in classrooms has shown that high levels of displays can create visual distractions for students and thus impact their learning. In this sense, this dissertation focuses on displays in elementary classrooms, based on parameters related to classroom design and display characteristics, including degree of complexity, flexibility, and usefulness, which help to understand the impact of displays on learning. While display characteristics, quantity, organization, color, adaptability, and relevance were selected to understand the influence of the display on visual attention. In line with the mandate of the Schola research consortium, the team responsible for the Furniture and Display component photographed the walls of 18 classrooms located in as many elementary schools in Quebec. From these photographs, 72 diagrams were produced and then analyzed in order to draw a material portrait of the walls by considering: the quantity, the organization and the relevance of the display. The results reveal that one wall out of four is considered too busy, that more than half of the walls analyzed lack organization and that material of little relevance to learning adds to the material load of the walls. This review could lead to better practices in display design to support students' visual attention.

« Grâce à des enquêtes orales menées auprès de vingt-cinq trappeurs de la région de Bellechasse, il nous fut possible de recueillir une multitude de données sur tous les aspects touchant au trappage des animaux à fourrure et de réaliser par la suite une étude portant sur la technologie traditionnelle du trappage dans cette région. Or, cette étude vise à démontrer que le trappeur du XXe siècle a su conserver et perpétuer l'usage d'une technologie qu'il a acquise par la tradition orale et gestuelle, dont il est non seulement l'héritier et le porteur mais également l'agent de transmission directe pour sa propre descendance et pour les générations subséquentes. En second lieu, elle tente d'identifier les diverses connaissances qu'il détient à titre d'héritage culturel et elle cherche à définir les principaux éléments qui constituent l'ensemble de sa technologie. En l'occurence, cette étude se divise en quatre parties, soit un premier chapitre consacré au trappeur, à son métier et à ses territoires de trappe. Vient ensuite une seconde partie destinée aux connaissances du trappeur qui portent plus précisément sur la réglementation de l'activité de trappe, les animaux à fourrure et les facteurs météorologiques qui agissent sur leur comportement. Dans un troisième temps, on y traite des préparatifs effectués par les trappeurs avant que ne débute la saison de trappage, dont entre autres le choix de l'équipement, l'entretien des engins de capture, la sélection des appâts, la préparation des leurres et finalement, l'aménagement des sites de capture. Pour terminer, on aborde les techniques de trappage en procédant d'abord à l'élaboration d'une classification des procédés en fonction des divers engins de capture, pour arriver ensuite à la présentation d'un inventaire descriptif des méthodes de capture utilisées par les trappeurs de la région. En outre, chacune des techniques contenues dans ce répertoire comprend une description du procédé d'installation de l'engin de capture et une indication du lieu où il est généralement disposé, de même que la spécification des espèces auxquelles ces techniques sont particulièrement destinées. »--Pages préliminaires

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.

La durée de vie des cuves d’électrolyse d’aluminium peut atteindre jusqu’à 3000 jours. Pendant cette période, les blocs cathodiques subissent divers changements physico-chimiques qui pourraient entraîner une augmentation de la résistivité électrique. L'augmentation peut être due à la migration du carbone de la fonte à la barre d'acier, à l’écart géométrique entre le bloc cathodique et la fonte, la fissuration de la cathode, etc. Ce mémoire se concentre toutefois uniquement sur l'évolution de la résistivité électrique dans les barres collectrices. Pour révéler les principaux phénomènes responsables de l'augmentation de la résistivité électrique, des analyses chimiques, des tests de résistivité électrique et des métallographies ont été faits sur deux barres d’acier prises à partir de cellules Hall-Héroult après autopsies. La perte de tension ainsi que la température ont été mesurées sur 16 échantillons le long de chaque barre d’acier. La résistivité électrique peut atteindre 1,21μΩ-m pour une barre d'acier de 2505 jours. / Life span of aluminium smelting electrolysis cells can reach up to 3000 days. During this period, cathode blocks go under various physical and chemical changes that could result in an increase of electrical resistivity. The increase may be due to carbon migration from the cast iron to the steel bars, gap evolution between the cathode block and the cast iron, cathode cracking, etc. This thesis focuses, however, only the evolution of electrical resistivity of collector steel bars. To reveal the main phenomena responsible for the electrical resistivity increase, chemical analysis, metallographic and electrical resistivity tests were conducted on two steels bars picked up from two Hall-Héroult cells after their autopsies. Cathode voltage loss and temperature were measured using electrically insulated internal probes and thermocouples on 16 samples from each steel bar. Electrical resistivity can reach up to 1.21μΩ-m for a steel bar aged for 2505 days and it depends on temperature and carbon concentration.