La demande croissante pour des débits plus élevés a atteint la limite des solutions câblées actuelles. Dans ce contexte, la fibre optique plastique à saut d'indice (SI-FOP), avec son gros diamètre de câble (3 à 4 mm) et sa grande ouverture numérique semble être un candidat idéal pour la transmission du gigabit Ethernet à faible coût. Les avantages de la SI-FOP sont sa simplicité d'utilisation, sa connexion facile, l'installation à la portée de tous et sa longueur d'onde d'utilisation. Dans ce mémoire, nous déterminons un modèle mathématique réaliste de la SI-FOP dans un système à modulation d'intensité et détection directe (IM/DD) utilisant la modulation Discrete Multi Tone (DMT). Les caractéristiques du canal sont évaluées en déterminant la capacité théorique au sens de Shannon et la capacité pratique DMT avec les algorithmes d'allocation de bits (« rate adaptive bit loading ») comme le water-filling, les algorithmes de Chow et de Levin-Campello. Mots clés : fibre optique plastique, saut d'indice, modulation d'intensité, détection directe, modulation DMT, couplage de modes, « power flow equation », problèmes d'optimisation sous-contraintes, « rate adaptive water-filling », algorithme de Chow, algorithme de Levin-Campello, capacité théorique au sens de Shannon, capacité pratique DMT.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2009-2010 / Le travail de recherche présenté dans ce mémoire vise à étudier l'impact de la flexibilité de la corde sur l'aérodynamique d'ailes oscillantes en régime de propulsion à bas Reynolds pour une application de nano-véhicules aériens et pour ce faire, de développer un outil de modélisation aéroélastique approprié. L'idée de base de ce projet est de considérer une flexibilité discrète avec une aile articulée composée de segments rigides reliés entre eux par des joints torsionnels élastiques. Une telle approche de flexibilité discrète implique la résolution de la dynamique des corps rigides couplée à la résolution d'un écoulement de fluide incompressible. La méthode des particules lagrangiennes vortex est utilisée pour résoudre l'écoulement autour de ces multiples corps rigides en mouvement arbitraire. Le couplage fluide-structure im-plémenté permet de prendre en considération iV segments rigides dont la dynamique est gouvernée à la fois par un mouvement imposé sur l'un d'eux, par les forces aérodynamiques générées par l'écoulement à chaque instant et par les forces élastiques des joints unissant les segments entre eux. L'ajout d'une boucle de sous-itérations supplémentaire dans la méthode vortex a été nécessaire pour doter cette interaction fluide-structure (FSI) d'un couplage "fort". La mise au point d'un tel outil a permis d'étudier l'impact de divers paramètres de flexibilité discrète sur la propulsion à aile oscillante à bas nombre de Reynolds. On constate qu'il est possible d'augmenter les performances d'une aile oscillante en propulsion (soit en poussée ou soit en rendement énergétique) en modifiant la position et la rigidité des articulations élastiques ou le ratio de densité des corps solides par rapport au fluide. Ce travail ouvre donc la voie à l'optimisation de la distribution de flexibilité le long de la corde pour les applications aérodynamiques à faibles nombres de Reynolds.

L'objectif des travaux présentés dans cette thèse est d'explorer de nouvelles méthodes numériques efficaces et robustes pour la résolution par la méthode des éléments finis des problèmes d'écoulements des fluides viscoélastiques pour des nombres de Weissenberg élevés. La motivation de cette étude provient en grande partie au fait que les fluides viscoélastiques sont à la base de nombreuses applications industrielles, notamment dans l'industrie des polymères, l'industrie des pâtes de papiers, l'industrie alimentaire, etc... Ces écoulements sont régis par un système d'équations aux dérivées partielles fortement non linéaire composé des équations de Navier Stokes (ou Stokes pour les écoulements lents) et d'une équation constitutive modélisant la contribution du polymère. Les rhéologues ont mis à la disposition de la communauté scientifique plusieurs modèles. Dans ce travail, afin de pouvoir effectuer des comparaisons avec les travaux effectués par d'autres chercheurs déjà disponibles dans la vaste littérature du domaine, nos simulations numériques ont été faites pour les modèles de Oldroyd-B, PTT et Giesekus. La méthodologie utilisée est toutefois assez générale. Une des difficultés majeures rencontrées dans la simulation numérique des fluides viscoélastiques est la perte de convergence des algorithmes pour des problèmes à faibles nombres de Weissenberg. Ainsi, dans l'optique d'améliorer la convergence des schémas numériques, nous nous sommes proposés de développer et d'implémenter de nouveaux algorithmes en nous basant sur la nouvelle formulation en logarithmique du tenseur de conformation. Cette formulation a été utilisée pour la première fois dans le contexte des fluides viscoélastiques par Fattal et Kupferman et al. (21). Par la suite, en nous inspirant de Coronado et al. (35), nous avons introduit deux autres formulations logarithmiques. La première est une variante de celle proposée par Coronado et al. (35) avec un traitement spécial pour le terme convectif. La deuxième formulation permet une linéarisation complète des équations pour la résolution par la méthode de Newton. Les deux méthodes que nous proposons ont l'avantage d'être relativement simple à mettre en oeuvre. Pour tester la robustesse de ces nouvelles formulations, quelques calculs ont été effectués pour le problème d'écoulement autour d'un cylindre et l'inévitable problème de la contraction 4:1 sur des maillages non structurés anisotropes obtenus par la stratégie générale de remaillage adaptatif développée au GIREF. Nous avons ensuite jugé utile d'appliquer cette nouvelle formulation logarithmique pour la résolution de quelques problèmes de surfaces libres. Nous avons étudié la présence des écoulements secondaires et leur influence sur la morphologie des écoulements complexes des problèmes multi-couches dans une filière. En effet, nous avons montré qu'il possible de résoudre des problèmes multi-couches dans une filière tridimensionnelle en résolvant un problème bidimensionnel de surface libre instationnaire seulement sur une section. Nous avons également traité un problème de cisaillement d'une goutte dans une matrice fluide. Il s'agit ici d'un écoulement régi par la tension superficielle. Le calcul des sufaces libres est rendu possible grâce à la méthode des surfaces de niveau (level set method). Cette méthode requiert la résolution d'une équation de transport pour trouver la nouvelle position de l'interface. L'interface constitue une zone de transition de largeur 2 ? des paramètres rhéologiques des deux fluides. Ces paramètres sont régularisés à l'interface pour éviter de gérer des discontinuités. Une technique de réinitialisation a été mise en oeuvre pour remédier à d'éventuels problèmes de conservation de masse. Ces techniques sont falicitées par l'introduction de la méthode de remaillage adaptatif. Celle-ci permet de concentrer les éléments dans l'interface permettant ainsi de faire les calculs avec une meilleure précision. Pour la résolution des équations hyperboliques, notamment l'équation constitutive, de transport et de régularisation de l'interface, nous avons utilisé la méthode de stabilisation de type SUPG. Il résulte de ces développements une méthode de résolution nettement plus performante que les méthodes classiques.

L'effet des changements climatiques, par le biais d'un modèle éco-physiologique, a été introduit dans des courbes de rendement des strates d'épinette noire en respectant les principes de stratification utilisés lors d'un calcul de possibilité forestière. Un exercice de propagation de l'incertitude été fait afin de déterminer la capacité à observer une différence significative entre les prédictions faites à partir des courbes de croissance sous les changements climatiques et celles actuellement utilisées. Cet exercice a permis de voir qu'il est probable à 67% d'être en mesure de détecter l'effet des changements climatiques. Par contre, un doute subsiste étant donné les multiples sources d'erreur non-considérées. Les gestionnaires de la forêt devront considérer leur degré de confort avec ce niveau de risque afin de déterminer ce qui devra être fait par la suite, à savoir améliorer la méthodologie actuelle ou changer l'actuelle approche du rendement soutenu.

L’exploitation minière souterraine dans les régions froides du monde nécessite le chauffage de l’air frais de ventilation et des bâtiments de surface. L’air vicié est habituellement rejeté dans l'atmosphère à des températures beaucoup plus élevées que l'air ambiant. Un logiciel informatique a été développé afin d'évaluer la faisabilité de récupérer la chaleur de l'air vicié des mines. Le logiciel estime la quantité de chaleur d’air vicié récupérable dans une mine souterraine. Il déterminera ensuite les économies annuelles potentiels d'énergie et un coût capital du système pour obtenir le retour sur l’investissement initial. Le logiciel considère un circuit de glycol en boucle fermée avec des échangeurs de chaleur à tubes et ailettes situées à l'extrémité des installations de ventilations à la surface (à l’entrée et l’échappement d’air). Différents concepts des systèmes de récupération de chaleur sont énoncés. La plupart des sources de chaleurs habituelles trouvées sur un site minier sont répertoriés. Quelques concepts innovateurs qui exploitent le froid de l'hiver comme un atout pour refroidir l'air d'entrée sont exposés. Mots clés : Sources de chaleurs, air vicié, récupération de chaleur, faisabilité, chauffage, refroidissement / Underground mining in cold regions of the world requires heating of surface buildings and intake fresh air. Exhaust return air is usually discharged to the atmosphere at much higher temperatures than the ambient air. A computer software application has been developed in order to evaluate the feasibility of recovering heat from return exhaust air. The software approximates the amount of heat that can be recovered on surface from the exhaust ventilation shaft of an underground mine. It will then determine the annual energy cost savings and a capital cost of the system. This software considers a closed-loop glycol circuit with tube and fins heat exchangers located at the extremity of the exhaust and intake shaft surface installations. Different concepts of the heat recovery system are as well described. Most common heat sources that can be found on mine sites are listed. Several innovative designs that exploit cold winter weather as an asset to cool mine intake air are explained. Key words: heat sources, return air, heat recovery, feasibility, heating, cooling

Ce présent ouvrage s'intéresse à la quantification de l'impact de différents paramètres sur les performances en isolation vibratoire d'un actionneur piézoélectrique THUNDER. Une récapitulation des travaux de recherche dans le domaine est tout d'abord proposée. Plus spécifiquement, la modélisation et le procédé de fabrication de l'actionneur sont décrits. Un modèle semi-analytique Rayleigh-Ritz à une base de décomposition par champ de déplacements, résolu à l'aide de MATLAB, est alors conçu. Pour ce faire, l'énergie potentielle et l'énergie cinétique totale du système sont déterminées en posant l'hypothèse de Kirchhoff pour un composite. Le modèle est par la suite validé à l'aide d'un modèle éléments finis Abaqus. Il est alors constaté qu'il est difficile de représenter les discontinuités associées à l'extension métallique de l'actionneur à l'aide d'une unique base de décomposition. Un modèle à trois bases de décomposition par champ de déplacements, résolu à l'aide du logiciel MAPLE, est donc conçu et validé à l'aide du modèle éléments finis précédemment considéré. Finalement, une quantification de l'impact de différents paramètres tels que la longueur de l'extension métallique, les conditions limites et le rayon de courbure sur le comportement fréquentiel d'un THUNDER est proposée. Il est observé qu'à l'aide du modèle Rayleigh-Ritz, il est possible d'optimiser les performances en isolation vibratoire de l'actionneur.

La présente thèse présente le développement d'un premier modèle d'électrode poreuse pour une cathode Hall-Héroult ainsi que le développement de nouvelles méthodes numériques. Les nouvelles méthodes numériques sont l'implantation du critère d'électroneutralité par contrainte de type multiplicateur de Lagrange ainsi que l'application d'un équilibre thermodynamique ionique par la méthode de pénalisation. Une revue des divers processus physico-chimiques associés à la cathode est présentée. Le modèle d'électrode poreuse est développé avec une formulation ionique pour le bain comportant cinq espèces. Le modèle est développé avec une méthode d'homogénéisation pour le volume poreux. Les lois de transport sont formulées en fonction des concentrations ioniques. Les concentrations ioniques d'équilibre ont été calculées par un modèle thermodynamique simple formulé selon des données thermodynamiques empiriques. Le modèle prend en compte la migration, la diffusion et la convection des espèces ioniques. Les divers paramètres de transport ont été calés avec des mesures empiriques de conductivité conjointement aux concentrations ioniques d'équilibre. Le modèle prend en compte la réaction électrochimique de production d'aluminium au niveau des pores du carbone. De plus, un équilibre ionique est imposé entre certaines espèces. La méthode par éléments finis a été utilisée pour effectuer les calculs numériques. De nouvelles méthodes numériques d'implantation du critère d'électroneutralité et d'un équilibre ionique sont présentées. Les méthodes ont été utilisées avec succès et permettent d'éviter d'éliminer une équation de conservation. La méthode de pénalisation s'est avérée comparable aux méthodes d'élimination par le biais d'un terme source mais les résultats sont partiellement différents du modèle principal procédant par élimination d'équations de conservation. Certaines méthodes par élimination négligent en partie la contribution au transport provenant des termes associés aux équations de conservation éliminées. Par la suite, des résultats de simulation du début de l'électrolyse sont montrés. Le modèle donne des résultats conformes aux ordres de grandeur des mesures expérimentales.

La planification des opérations forestières est une tâche complexe. Elle nécessite la prise en compte de plusieurs facteurs et la collaboration des différents intervenants. Plusieurs modèles d’optimisation mathématiques ont été développés pour soutenir les entreprises forestières dans leur processus de prise de décisions. Bien que bénéfiques et utiles, ces modèles demeurent peu implantés dans la pratique. La planification est, généralement, faite d'une manière intuitive basée sur les connaissances et l'expérience des intervenants. Cela amène à supposer que ces modèles ne prennent pas pleinement en considération certains facteurs importants comme la qualité des données et des informations ainsi que leurs disponibilités. Par ailleurs, la gestion des connaissances a été proposée comme assise pour améliorer la performance du processus de planification. En effet, elle permet à l'entreprise de mieux tirer profit des données disponibles pour la planification. L'objectif de ce projet est d'aider les entreprises forestières à intégrer les modèles mathématiques dans leur processus de prise de décisions pour améliorer la qualité des décisions prises. Il s'agit, en effet, de développer un modèle mathématique qui reflète le processus de planification des approvisionnements et qui couvre les besoins d'une entreprise forestière québécoise. Un second objectif consiste à mesurer l'impact d'une meilleure connaissance (précision) des inventaires forestiers sur la qualité des décisions. Une comparaison entre deux modèles d’optimisation existants et une cartographie du processus de planification d’une entreprise forestière Québécoise a été réalisée. Sur la base de cette comparaison, un modèle d'optimisation adapté a été développé. Par la suite, le modèle a été utilisé pour simuler l'impact d'une meilleure précision des inventaires forestiers sur le profit de l’entreprise partenaire. Des taux d’imprécision de 5%, 10%, 20% et 30% ont été évalués et comparés au cas où les données précises étaient connues dès le départ plutôt qu’en cours d’opérations. Les résultats de la comparaison des modèles mathématique avec les cartographies de gestion des connaissances ont démontré plusieurs écarts. Ceci a permis d'obtenir les composantes du modèle mathématique développé qui reflète le processus industriel de planification des approvisionnements. Finalement, les résultats de l’expérimentation indiquent qu’une amélioration de la précision des inventaires de 30% résulterait en une augmentation du profit de 7%. / Wood procurement planning is a complex activity that requires collaboration between various actors. There have been several mathematical models formulated to help practitioners in the decision making process. But, only a few of these models are actually applied in practice. Planning is still done manually, based on experience and the sum of several individuals’ knowledge within the procurement department. One possible reason is that most models do not account for important factors related to data quality, information availability, and knowledge sharing within forest companies. Knowledge management has been proposed as a way to improve the performance of the planning process. Indeed, it enables companies to understand the information and knowledge required for planning. The objective of this project is to help forestry companies integrate optimization models to improve the planning process and the decisions quality. In fact, we aim to develop a mathematical model that depicts the industrial planning process. Finally, we want to determine the impact of better knowledge on planning decisions quality. First, a comparison between two existing mathematical models and the industrial process of a specific forestry company represented by Knowledge management mapping was done. Then, through this comparison, we developed a new mathematical model for procurement planning. Finally, this model has been used to evaluate the profit of improving the accuracy of the forestry inventory data. In order to do so, we compared the plan developed using accurate inventory data (obtained from the beginning of the planning horizon) with the plan adjusted monthly based on the accurate data. The comparison of the models with the industrials process showed that the gap between them is important. The differences measured were used in the development of the new mathematical model. This model reflects the industrial process. It has been used to determine the profit of a better accuracy inventory data. We found an important profit increase equal to 7% through improving the accuracy inventory data of 30%.

La corrosion des armatures, provoquée par la pénétration des chlorures, est une des causes principales de la dégradation des structures de béton armé en Amérique du Nord. La prédiction de la pénétration de ces ions dans le béton par un modèle numérique permettra, à terme, de planifier et quantifier correctement les interventions à réaliser sur une structure dégradée ou vieillissante. Plusieurs facteurs, telles que la température et l’humidité relative de l’air, ont un effet marqué sur le mouvement des ions chlorures à l’intérieur du béton. Leurs effets, de même que le degré réel d’exposition des structures aux chlorures, sont encore mals compris. Ce projet de recherche a comme objectif d’évaluer l’influence des conditions extérieures auxquelles les structures sont soumises sur l’intensité et la vitesse de pénétration des ions chlorures dans le béton. Il a aussi pour but la validation du modèle par éléments finis STADIUM® sous ces nouvelles conditions limites. L’effet de la température, de la variation de l’humidité relative de l’air et de l’application de certains types de protection du béton ont été mesurés en laboratoire par des profils de pénétration des chlorures dans le béton. Des simulations numériques ont été réalisées en imposant les mêmes conditions d’exposition que celles étudiées. La comparaison des résultats expérimentaux et numériques ont permis de constater la précision du modèle à prédire les concentrations en chlorures au niveau des armatures. Un volet in situ a porté sur les conditions d’exposition de structures de stationnements multiétagés en service. La température et l’humidité relative de l’air à l’intérieur des ouvrages ont été mesurées. Bien que la quantité de sels apportée par les voitures sur les dalles des stationnements soit une donnée inconnue, les concentrations en chlorures présentes dans les différentes phases de l’eau à la surface du béton ont été mesurées régulièrement pendant trois hivers. La variabilité et l’intensité des résultats obtenus offrent une vision unique et nouvelle des conditions d’exposition réelles des stationnements multiétagés. / The corrosion of steel in reinforced concrete by the penetration of chlorides is one of the primary causes of concrete degradation in North America. The prediction of chloride ingress in concrete by numerical modeling will lead to better planning and evaluation of the repair and maintenance needs of degrading and aging structures. Several factors, such as air temperature and relative humidity, affect the movement of chloride ions inside concrete. Their effects and the real exposure conditions of structures to chlorides are still not well understood. The goal of this research project is to evaluate the influence of the exposure conditions of structures on the penetration of chloride ions. The objective is also to validate the finite element model STADIUM® under the new exposure conditions. The effect of temperature, variation of air’s relative humidity and application of certain types of protection on concrete surfaces were measured by chloride profiles in laboratory. Numerical simulations were conducted, imposing similar exposure conditions to those studied. The comparison between experimental and numerical results shows the precision level of the model in predicting the chloride concentration at rebar level. The in situ part of the program concentred on exposure conditions of in service multistage parking structures. The air temperature and the relative humidity inside the structures were measured. The amount of salt brought by cars on the parking’s slabs is unknown, however, chloride concentrations in the various phases of water present at the surface of the concrete have been measured regularly during three winters. The variability and intensity of the results obtained offer a unique and new vision of real exposure conditions of multistage parking structures.

Des travaux ont permis d’évaluer la résistance et la susceptibilité au chablis de l’épinette noire (Picea mariana (Mill.) B.S.P.) en structure régulière et irrégulière. Des expériences de treuillage ont permis d’évaluer le moment de force critique afin de quantifier la résistance des arbres au renversement et au bris de tige. Différents modèles ont été ajustés aux données. Le moment de force critique est fonction de la masse de la tige dans tous le cas et influencée par la structure ou les ratios hauteur : diamètre dans certains cas. Ces résultats sur la résistance, de même que la modélisation de la cime et plusieurs autres ajustements, furent intégrés dans le modèle ForestGALES afin de quantifier la susceptibilité au chablis. La susceptibilité apparaît fort variable entre et au sein de chaque type de structure, mais l’espacement et le rapport hauteur : diamètre expliquent la majeure partie de la variabilité observée. / Works aimed to evaluate windthrow resistance and susceptibility for black spruce (Picea mariana (Mill.) B.S.P.) stands of regular and irregular structure are presented here. Performed tree pulling works permitted to evaluate the critical bending moment in order to quantify the resistance of trees to overturning and stem breakage. Different models where fitted to the data. The critical bending moment is function of stem weight in all cases and influenced by the structure type or the height:diameter ratio in some cases. These results on mechanical resistance, along with crown modelling results and other adjustments, were used in an adaptation of the ForestGALES model in order to quantify windthrow susceptibility. Susceptibility appears to be quite variable between compared stands, both between and within structure types, but average tree spacing and height:diameter ratio explain most of the observed variability.