Dans ce mémoire nous traitons le problème de localisation du (des) composant(s) responsable(s) de la défaillance. Chaque composant est assujetti à des défaillances aléatoires. La détection de l’état d’un composant ou d’un sous-système est effectuée à l’aide de tests. L’objectif de cette recherche est d’exploiter les techniques et connaissances disponibles pour générer la séquence de tests qui permet de localiser rapidement le(s) composant(s) responsable(s) de la défaillance du système. On considère un système opérant suivant une structure série pour lequel on connaît le coût de tests et la probabilité conditionnelle qu’un composant (i) soit responsable de la défaillance. On analyse les différentes stratégies de diagnostic. Des exemples, empruntés à la littérature, sont utilisés pour illustrer chaque procédure traitée. Des extensions sont proposées pour traiter le cas où le diagramme de fonctionnement du système n’est pas nécessairement "série". Les algorithmes traités font appel à l’analyse probabiliste des systèmes, à la théorie de l’information, à l’approche heuristique et à la programmation dynamique. / In this paper, we address the problem of the localization of the component(s) responsible(s) for the failure. Each component is subjected to random failures. Some tests help the detection of the state of a component or a subsystem. The objective of this research is to exploit the available knowledge and techniques to generate the tests sequence that locate quickly the (s) component (s) responsible (s) of system failure. We consider a system which operates according to a structure series and of which we know the test costs and the conditional probability that a component (i) is out of service. We analyze the different diagnostic strategies. Some examples, taken from the literature, are used to illustrate each procedure covered. Many extensions are proposed to handle the case where the diagram of the system is not necessarily "series". The algorithms treated are based of probabilistic analysis of systems, the information theory, the heuristic approach and the dynamic programming.

Les piles à combustible à l’hydrogène (PACH) sont des engins qui produisent de l’énergie électrique à l’aide d’une réaction chimique entre l’hydrogène et l’oxygène. Ces dispositifs sont des candidats potentiels pour le remplacement des moteurs à combustion interne conventionnels. Cependant, les PACH ne sont toujours pas compétitives sur le plan commercial, car leur coût, leur poids et leur volume sont encore trop élevés. Un défi est donc d’améliorer l’efficacité des PACH en améliorant leur design. L’objectif de ce projet est de développer des outils de modélisation mathématique et de simulation numérique, pour ensuite optimiser le design des piles à combustible à l’hydrogène. Dans un premier temps, les phénomènes de transport à très petite échelle dans les milieux poreux qui constituent les PACH sont formulés mathématiquement, et une stratégie de lissage spatial est appliquée à ces équations pour les transformer en équations lissées valides à l’échelle macroscopique. Le nouveau modèle développé démontre que l’équation de conservation de la masse contient un terme volumique additionnel, tandis que l’équation de la quantité de mouvement reste similaire à la loi de Darcy. Dans un second temps, un modèle numérique est développé pour optimiser la géométrie des canaux catalytiques dans lesquels un fluide réagit chimiquement. Ce type d’écoulement peut représenter, entre autres, les réactants qui circulent dans les canaux se trouvant dans les PACH. Des corrélations sont développées analytiquement pour prédire les designs optimaux, et ces corrélations sont corroborées par des résultats numériques. Dans un troisième temps, un modèle mathématique et numérique complet de PACH est développé et validé. Ce modèle est utilisé pour optimiser l’allocation de catalyseur entre l’anode et la cathode, et pour optimiser la distribution de catalyseur dans la cathode. Les résultats montrent qu’une allocation inégale de catalyseur entre anode et cathode permet d’augmenter le courant généré par une PACH, et une distribution non-uniforme de catalyseur dans la cathode mène aux courants les plus élevés. Enfin, les paramètres les plus influents du modèle numérique ont été identifiés par une analyse de sensibilité. / Polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFC) are devices that produce electricity by means of a chemical reaction between hydrogen and oxygen. These devices are possible alternatives for the replacement of internal combustion engines. However, they are not yet competitive, because their cost, weight and volume are still too large. A challenge is thus to increase PEMFC efficiency by optimizing their design. The main objective of the present project is to develop mathematical and numerical modeling tools in order to optimize the PEMFC design. First, small-scale transport phenomena in the porous media of PEMFC are formulated mathematically, and then a volume averaging method is used to transform these equations into equations that are valid at a larger scale in the porous media. The new mathematical model obtained with this strategy shows that the mass conservation equation contains an additional term, while the momentum equation remains similar to Darcy’s Law. Second, a numerical model is developed in order to optimize the geometry of catalytic channels in which a fluid undergoes chemical reactions. This kind of flow may represent, for example, the reacting species that move in PEMFC channels. Correlations are developed analytically in order to predict the optimal designs for these channels. These correlations were validated with numerical simulations. The results obtained may be applied to several different devices (e.g., microreactors, monolith, PEMFC). Finally, the mathematical and numerical model of a PEMFC are developed and validated. This model is used to optimize catalyst allocation between the anode and cathode sides of the fuel cell, and also to optimize catalyst distribution within the cathode catalyst layer. The analysis shows that an unequal allocation of catalyst between the anode and cathode sides results in a higher electric current. It was also shown that a non-uniform catalyst distribution within the cathode layer yields higher electric current. Finally, the most influential parameters of the numerical model were identified by a sensitivity analysis.

Les calculs numériques peuvent désormais modéliser des comportements non-linéaires observés lors du chargement cyclique des sols granulaires lâches tels le comportement hystérétique, la déformation plastique et la génération de surpressions interstitielles. La fiabilité et les modalités d'utilisation de ces nouveaux outils de calculs demeurent toutefois à être évaluées, tout particulièrement dans le contexte sismique de l'est canadien. Le but de ce projet de maîtrise est de faire le point sur 4 modèles de comportement dynamiques disponibles à ce jour pour évaluer la réponse sismique d'un sol potentiellement liquéfiable. Le premier modèle considéré dans l'étude est le modèle linéaire-équivalent du logiciel ProShake. Les trois autres modèles considérés sont le modèle en élasticité non-linéaire hystérétique, le modèle hystérétique avec un critère de plasticité de Mohr-Coulomb et le modèle hystérétique avec critère de plasticité de Mohr-Coulomb et génération de surpressions interstitielles. Ces trois derniers modèles sont implantés dans le logiciel FLAC 6.0. La réponse dynamique de site est calculée pour le site instrumenté de Wildlife pour lequel des enregistrements d'accélération, de surpressions interstitielles et de déformations sont disponibles et pour le site de Témiscouata, un site de l'est canadien qui a été le sujet de 4 campagnes d'investigations géotechniques majeures et constitué des sols granulaires lâches. La comparaison des modèles est effectuée sur la base du calcul des accélérations en surface, des contraintes et des déformations ainsi que sur le calcul de la résistance de site. Au terme des analyses, il a été trouvé que le modèle linéaire équivalent et le modèle en élasticité non-linéaire hystérétique montrent des résultats similaires, mais que le modèle linéaire-équivalent sous-estime les déformations élastiques et amortit plus les vibrations de faible amplitude. Le modèle en élasticité non-linéaire hystérétique avec critère de plasticité de Mohr-Coulomb permet d'évaluer l'atteinte de la résistance, mais pas les déplacements plastiques subséquents. Le modèle en élasticité non-linéaire hystérétique avec critère plasticité de Mohr-Coulomb et génération de surpressions interstitielles a calculé des surpressions interstitielles qui ne sont pas consistantes avec les résultats des autres modèles et les données de la littérature. Une méthodologie devrait être mise en place pour l'utilisation du modèle à partir d'investigations géotechniques de routine.

Typiquement, un réseau de création de valeur dans l'industrie du meuble en bois, est composé de fournisseurs de billes de bois, de scieries, de séchoirs, d'usines de meubles, de centres de distribution et de détaillants. Dans cette thèse, nous nous concentrons sur l'étude du réseau qui assure l'approvisionnement des usines de meubles en bois. La problématique à laquelle font face les entreprises de ce réseau se situe principalement au niveau de la synchronisation des flux de matière. Ces derniers doivent respecter les contraintes de capacité, de procédés, de transport et la diversité des produits, pour satisfaire la demande. La planification, dans ce contexte, repose sur une vision locale ce qui affecte la performance globale du réseau. L'objectif de cette thèse est de proposer un modèle de planification intégrée dans un contexte, multifoumisseurs, multiusines, multiproduits, multiclients et multipériodes, qui vise la synchronisation des flux, et la maximisation de la performance globale tout en respectant les différentes contraintes du réseau. Nous proposons un modèle générique du problème de planification intégrée qui permet de déterminer les décisions tactiques d'approvisionnement, d'inventaire, de flux de matière et de sous-traitance. Ce modèle est un programme linéaire mixte en nombres entiers de grande taille. Nous avons développé une heuristique basée sur la décomposition dans le temps qui exploite l'aspect multipériodes du problème de planification. Nous avons aussi proposé deux solutions basées sur la décomposition de Benders et la décomposition croisée pour réduire le temps de résolution. Enfin, ce modèle a été validé en utilisant les données réelles de l'entreprise partenaire du projet et les résultats, montrent des réductions potentielles du coût total des opérations de l'ordre de 22%. L'approche de planification intégrée adoptée ainsi que les méthodes de résolution proposées dans cette thèse peuvent être exploitées pour la planification des réseaux dans d'autres secteurs d'activités ayant des similarités avec la problématique traitée dans cette thèse.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2014-2015 / Ce mémoire concerne l'étude aéroélastique des oscillations auto-soutenues en pilonnementtangage d'une aile portante montée sur des supports élastiques et exposée à un écoulement. De telles oscillations pourraient être utilisées afin de développer un nouveau type de turbine hydrocinétique relativement simple d'un point de vue mécanique. Ceci est possible car les oscillations qui résultent de l'interaction fluide-structure entre l'écoulement, l'aile et ses supports élastiques sont entretenues par un transfert d'énergie de l'écoulement vers la structure. Dans cette étude numérique, le logiciel OpenFOAM-2.1.x est utilisé afin de résoudre le problème aéroélastique. À l'aide de simulations instationnaires en deux dimensions d'un écoulement visqueux à nombre de Reynolds de 500 000, ce type de turbine est optimisé et amplement étudié afin de développer une meilleure compréhension de la physique en jeu. Suite à une optimisation de la turbine à l'aide d'une méthode de type gradients, des efficacités relativement élevées ont été obtenues. En effet, le cas optimal qui est présenté dans cette étude a une efficacité qui est de l'ordre de 34%. Cela correspond à une efficacité relativement élevée lorsqu'elle est comparée à l'efficacité d'une turbine hydrolienne cinématiquement contrainte qui est de l'ordre de 43%. Il faut noter que la version pleinement passive est mécaniquement beaucoup plus simple que la version cinématiquement contrainte. Un tel avantage mécanique peut, en soi, justifier pleinement une efficacité légèrement plus faible. De plus, la solution optimisée proposée dans ce mémoire n'est certainement pas unique et ne correspond pas au seul extremum du vaste espace paramétrique. En fait, d'autres solutions efficaces sont présentées dans ce mémoire et une optimisation complète autour de ces solutions demeure toujours à être effectuée. Dans tous les cas, ces réesultats démontrent le grand potentiel d'utiliser des ailes oscillantes pleinement passives en guise d'hydroliennes efficaces. D'un point de vue physique, ce mémoire met en valeur que le phénomène d'oscillations de cycle limite auquel l'aile est sujette est le résultat d'un flottement de décrochage. Cela est ainsi en raison de la forte interaction entre l'aile et les tourbillons largués pendant le grand décrochage dynamique. En fait, c'est spécifiquement cette interaction entre l'aile et les vortex qui donne lieu au mouvement de tangage. De plus, deux mécanismes responsables des bonnes performances de la turbine ont été mis en valeur. Ces mécanismes sont la synchronisation adéquate entre les deux degrés de liberté, ainsi que le mouvement non sinusoïdal en tangage. / This master's thesis deals with an aeroelastic problem that consists into self-sustained, pitchheave oscillations of an elastically-mounted airfoil. Such oscillations of an airfoil could be used in order to develop a novel fully-passive flow harvester that is relatively simple from a mechanical point of view. Indeed, the motion of an airfoil that is elastically mounted emerges as a result of the fluid-structure interaction between the flow, the airfoil and its elastic supports, and is sustained through a transfer of energy from the flow to the structure. In this numerical study, the OpenFOAM-2.1.x CFD toolbox is used for solving the aeroelastic problem. Through unsteady two-dimensional viscous simulations at a Reynolds number of 500,000, such a fully-passive turbine is optimized and extensively investigated to develop a better comprehension of the physics at play. Following a gradient-like optimization of the turbine, relatively high efficiencies have been obtained. Indeed, the optimal case found in this numerical study has a two-dimensional efficiency in the range of 34%. This is fairly high when compared to the two-dimensional efficiency of a kinematically-constrained turbine, which is in the range of 43%. Further, the fully-passive version of the turbine is far less mechanically complex than its kinematicallyconstrained counterpart. Alone, such a mechanical advantage could justify the slightly lower efficiency of the fully-passive turbine. Nevertheless, the optimized solution suggested within this thesis is certainly not the only local extrema of the vast parametric space pertaining to the aeroelastic device. Other efficient cases have been found, and complete optimizations about these solutions still need to be achieved. Overall, the results demonstrate the great potential of using fully-passive, flapping airfoils as efficient hydrokinetic turbines. From a more physical perspective, this thesis highlights the fact that the airfoil is undergoing limit-cycle oscillations as a result of stall flutter. This is because the interaction between the airfoil and the vortices shed during the dynamic stall events is large. In fact, it is specifically this interaction that mostly accounts for the pitching motion of the airfoil. Further, two fundamental mechanisms have been found to be very beneficial for enhancing the performances of the turbine. These mechanisms are the adequate synchronization between both degrees-offreedom, and the nonsinusoidal shape of the pitching motion.

Nous avons élaboré un Modèle de l’Apprenant (MA) dans le but de donner des conseils personnalisés en fonction des connaissances de l’apprenant dans le cadre des Environnements Informatiques pour l’Apprentissage Humain (EIAH) à partir d’exemples. Le MA proposé contient cinq catégories de paramètres : les données personnelles, les caractéristiques de l'apprenant, l'état d'apprentissage, les interactions entre l'environnement et l'apprenant et les connaissances de l'apprenant. Notre travail a été effectué à l’aide de la méthode CommonKADS. Un prototype montre notamment sa représentation et l'algorithme de l'évaluation des connaissances de l'apprenant. Une valildation de cette évaluation a permis de vérifier le bon fonctionnement du prototype. Un cadre générique pour modéliser les connaissances de l’apprenant pour un EIAH en général a aussi été développé. Ce modèle pourrait servir d’un guide pour faciliter le développement de MA qui aident à améliorer l’intelligence des EIAH. / We elaborated a Learner Model (LM) that allows the environment to give personalized advices according to a learner’s knowledge. The elaboration is regarding to the learning-by-examples environments. The LM we proposed contains five categories of parameters: personal data, learner’s characteristics, learning state, learner’s interactions with the system, and learner’s knowledge. Our model was designed based on CommonKADS. A prototype demonstrates especially its representation and the algorithm of assessing the learner’s knowledge. A validation on this assessment alowed to verify the good functioning of the prototype. A generic framework for modeling learner’s knowledge in a general learning environment is also developed. The model could serve as a guideline to facilitate developments of LM, which help to improve the intelligence of the environments.

La caractérisation des discontinuités mineures à l’échelle d’une galerie est cruciale en ingénierie minière, car elles contribuent à augmenter localement la perméabilité d’un massif rocheux et engendrer des instabilités structurales. L’utilisation de modèles discrets de joints (DFN) permet une représentation fidèle de ces conditions structurales. Cependant, les cartographies linéaires traditionnellement utilisées pour acquérir les intrants sont coûteuses en temps et entrainent des biais de mesures. Des logiciels disponibles commercialement reposant sur la photogrammétrie permettent d’opter pour la cartographie numérique surfacique. Les travaux réalisés permettent de confirmer que cette méthodologie réduit les biais engendrés par la cartographie linéaire. Lorsqu’intégrée à la calibration des modèles DFN de Baecher et de Veneziano, l’approche surfacique permet une représentativité statistique des conditions structurales d’orientation, de longueurs traces et d’intensité de fracturation observées sur le terrain. L’utilisation de DFN calibrés permet d’évaluer la conductivité hydraulique et le potentiel de génération d’instabilités structurales à l’échelle d’une galerie minière.

Cette thèse dresse un cadre d'analyse qui permet de répondre aux questions suivantes: quelle est l'évolution de la projection longitudinale des faisceaux laser vectoriels dans les milieux anisotropes, et quelle est son influence dans les processus non linéaires d'interaction photonique? La projection vectorielle longitudinale est généralement négligée lors de la propagation dans les milieux anisotropes et en optique paraxiale. Or elle devient importante hors de ce régime, habituellement en focalisant à grand angle les faisceaux laser. On décrit le champ électromagnétique exact d'un faisceau laser non paraxial Laguerre-Gauss élégant TM₀₁ à pincement critique. Les conventions anisotropes adoptées généralisent le classement des milieux biaxiaux selon leur état normalisé. L'orientation énergétiquement orthogonale du repère propagatif propre permet la description de l'évolution des champs vectoriels selon les modes lents et rapides transverses et longitudinaux. L'imperméabilité tensorielle dans ce repère propre procure tous les paramètres propagatifs essentiels dont le gradient diamétral. Le modèle non linéaire développé est une extension tensorielle non paraxiale exacte des notions scalaires et paraxiales disponibles dans la littérature. On développe l'outillage nécessaire pour les représentations complexes par phaseurs temporels des projections des champs lors du mélange ondulatoire vectoriel. On effectue la représentation par phaseurs confluents dans un repère propagatif propre d'ondes planes, ce qui permet de calculer l'évolution de chacune des fréquences angulaires à l'intérieur du milieu non linéaire anisotrope. Cette approche opérationnelle est nécessaire pour prévoir correctement les échanges photoniques lors des processus non linéaires non paraxiaux qui impliquent la projection longitudinale. On applique ce modèle à la solution de l'équation d'onde vectorielle anisotrope non linéaire dans le cas de la génération de seconde harmonique sous approximation de pompe non dépeuplée. De nouveaux processus non linéaires sont décrits, faisant intervenir les modes propagatifs longitudinaux. Chaque processus est caractérisé par une fonction de transfert modale qui reflète l'efficacité de pompage et la cohérence de l'interaction. Le faisceau TM₀₁ pourra avantageusement être utilisé comme pompe dans les processus non linéaires modélisés. Le modèle peut également s'appliquer à toute autre onde de pompage.

Dans cette thèse, nous proposons de traiter les systèmes de production constitués de plusieurs machines séparées par des stocks tampons de capacités finies. Les machines de ce système sont assujetties à des défaillances aléatoires. Suite à chaque défaillance, un processus de réparation est immédiatement enclenché. Les temps techniques de réparation sont distribués selon des lois de probabilités données. La défaillance d'une machine force cette dernière à s'arrêter et, par conséquent, à baisser de la productivité du système. Des stocks tampons sont installés afin d'amortir la propagation de l'effet des défaillances sur l'ensemble du système. Cette solution est considérée dans le but de découpler les machines et ainsi améliorer la productivité du système. Les stocks tampons sont apparentés à des en-cours de production ; par contre, les en-cours de production ne représentent pas tous des stocks tampons. Le stock tampon peut constituer une valeur ajoutée. En effet, un déploiement optimal de ces stocks permet, d'une part, d'améliorer le découplage des machines et d'autre part de réduire les coûts associés aux en-cours. Ces coûts se résument pour une grande partie dans des coûts relatifs à l'espace sur le plancher, les risques de péremption et les coûts relatifs à la technologie associée au stock tampon comme dans le cas d'un convoyeur. Les systèmes de production traités dans la littérature scientifique se présentent sous différentes architectures. Certaines de ces architectures sont introduites dans cette thèse. Des modèles spécifiques à chacune d'elles sont proposés. Les différents modèles présentés dans cette thèse diffèrent les uns des autres par les hypothèses considérées. Ainsi, des systèmes où les machines ont des taux de défaillances et des taux de réparation constants sont traités. Dans certains modèles présentés dans cette thèse, ces systèmes produisent un seul type de produit. Un autre modèle suppose que les machines ont des temps de défaillance distribués selon des lois exponentielles et des temps de réparation distribués selon des lois hyper exponentielles. Ce modèle constitue une extension d'autres travaux publiés dans la littérature. Nous proposons une contribution dans le cas d'un système avec plusieurs types de produits dans un contexte de production par lot. Les machines sont supposées avoir des temps de défaillance et de réparation quelconques. Les temps de traitement de chaque type de produit ainsi que le temps de réglage associé sont supposés quelconques. Pour chacune des contributions développées dans cette thèse, qui sont au nombre de quatre, des outils informatiques ont été mis au point ainsi que des modèles de simulation afin de tester leurs robustesses. Ces outils démontrent que les modèles proposés fournissent une précision appréciable ainsi que des temps de calcul nettement supérieurs que ceux publiés dans la littérature.

Les essais expérimentaux pour des écoulements hypersoniques sont extrêmement dispendieux dans les coûts des installations et d'opérations. Par contre, la meilleure façon de contourner ce problème est l'utilisation de simulation numérique pour représenter des systèmes complexes. Cependant, la simulation numérique est encore à ces débuts et il reste beaucoup de travail à accomplir pour bien comprendre la physique de la mécanique des fluides. Ainsi, la plupart des scientifiques n'ont pas le choix de se retourner vers des modèles analytiques plus simples, afin de résoudre des problèmes complexes. Ce mémoire traite d'une méthode semi-analytique et semi-numérique afin de caractériser la modélisation, l'analyse et l'optimisation d'un véhicule hypersonique, utilisant un système de propulsion de type superstatoréacteur (SSRéacteur) ou superstatoréacteur à combustion induite par ondes de choc (SSCRéacteur), pour une mission donnée. Chaque véhicule hypersonique est un surfeur d'ondes (anglais : waverider) en 2D et qui est composé d'un modèle d'entrée d'air, de mixage et de réaction air/carburant, de chambre de combustion, de tuyère, d'aérodynamique externe et de masse. Ainsi, tous ces sous-systèmes utilisent un écoulement à propriétés constantes et/ou variables en fonction de la température et ils sont interreliés dans le but d'analyser les performances du véhicule global. Par l'emploi d'un processus d'optimisation, les performances des véhicules sont évaluées pour une convergence sur une masse déterminée (430 kg) et sur un équilibre des forces en Xet Ten fonction d'une mission donnée (Mach 7 à 20). La synthèse des résultats obtenus convient que pour les paramètres de la mission définie, les deux configurations ont des portées similaires, et que le SSCRéacteur a un fort potentiel avec l'utilisation de la détonation comme processus de combustion. Ces résultats donnent une bonne approximation des performances plausibles de deux configurations génériques de SSRéacteur et de SSCRéacteur. Cette étude multidisciplinaire démontre bien que des études complémentaires sont requises pour l'obtention de propriétés optimales (l'impulsion spécifique et la portée) pour chaque concept et ceci à chacune des conditions de vol. Néanmoins, le concept du SSCRéacteur demeure toujours très prometteur pour les années futures.