La conception des chaussées urbaines et la conception des chaussées rurales nécessitent l'utilisation de deux approches différentes dues aux vitesses de circulation. L'objectif principal du projet est de développer une méthodologie rationnelle de conception des chaussées adaptée au contexte d'exploitation municipal. La méthode de conception projetée permettra le calcul des épaisseurs des couches de la chaussée en fonction de divers facteurs comme le volume de trafic, le climat et la nature des sols en place. Ces paramètres seront utilisés dans la méthode pour évaluer les déformations de la chaussée sous sollicitations mécaniques et thermodynamiques. La méthode proposée portera principalement sur l'application des modèles viscoélastiques pour la détermination de la réponse mécanique des matériaux de chaussées en fonction du temps d'application de la charge. L'intérêt de cette approche est la possibilité de prendre en considération l'effet de la vitesse de circulation qui est un facteur important à considérer dans un contexte de conception urbain. Après avoir établi une méthode de calcul rigoureuse pour l'évaluation de la réponse mécanique, la recherche s'est portée sur le développement de modèles d'endommagement spécifiques au contexte d'exploitation municipal en prenant notamment en considération les effets saisonniers. Ce rapport porte principalement sur le développement des modèles de comportement mécanique de la chaussée en fonction de la vitesse de circulation. Il fait également état du développement des modèles d'endommagement qui permettront de compléter l'outil de conception proposé.

Titre de l'écran-titre (visionné le 18 mars 2024) / Cette thèse, intitulée « Excavations dans les argiles sensibles de la Mer Champlain : Comportement et modélisation », découle d'un projet de recherche initié par l'Institut de recherche Robert-Sauvé en santé et en sécurité du travail (IRSST) en 2016, en collaboration avec des chercheurs de l'Université Laval. L'étude vise à répondre aux risques associés aux travaux d'excavation, notamment dans les dépôts d'argiles sensibles de la Mer Champlain, qui ont causé 48 décès et 17 accidents graves au Québec entre 1974 et 2013. Face à la complexité des comportements des excavations dans les dépôts d'argiles sensibles, la thèse souligne la nécessité de disposer de méthodes fiables pour prédire ces comportements. Une méthode numérique avec une loi de comportement avancé, intégrant le couplage hydromécanique et les calculs des coefficients de sécurité par la méthode de réduction des résistances, est présentée comme une solution potentielle. Cependant, jusqu'à présent, la potentialité de cette méthode n'a pas été suffisamment exploitée dans le cas de l'excavation dans les dépôts d'argiles sensibles de la Mer Champlain et le retour d'expérience en manque cruellement. Ainsi, cette thèse cherche à combler cette lacune, elle vise à contribuer à une meilleure compréhension et gestion des risques associés à ces travaux, en offrant des outils prédictifs plus robustes pour assurer la sécurité des travailleurs sur le terrain. La thèse a été structurée en 3 volets à savoir le volet « expérimentation en vraie grandeur sur terrain », le volet « étude en laboratoire » et le volet « modélisation numérique ». Le premier se focalise sur le mécanisme de rupture, l'évoluton des pressions interstitielles et des déplacements observés sur terrain. Le deuxième volet présente et discute les comportements en contrainte-déformation de l'argile de Louiseville sous différentes trajectoires des charges en laboratoire. Le troisième, la modélisation et la simulation numérique, cible 3 objectifs : (1) examiner les différentes méthodes de calcul des coefficients de sécurité d'excavations réalisées dans des matériaux fins post-glaciaires; (2) rendre opérationnel le modèle avec écrouissage HSS$_\textup{struct}$ pour les argiles sensibles (3) mettre en œuvre et de rendre opérationnel un modèle numérique avancé sur deux excavations instrumentées dans l'argile sensible. Les résultats de cette thèse démontrent que cette méthode numérique avancée a pu être rendue opérationnelle et a permis d'expliquer les comportements observés sur terrain qui sont ces surfaces ruptures verticales et successives pour la tranchée A1 et cette évolution des pressions interstitielles qui n'est pas conforme à la prédiction de Bishop et Bjerrum (1960) pour la tranchée A2. Un modèle constitutif baptisé HSS$_\textup{struct}$, prenant en compte la structuration des argiles sensibles, a été développé, et des recommandations ont été formulées sur la fiabilité des différentes méthodes de calcul examinées au chapitre 5. / This thesis titled "Excavations in the sensitive clays of the Champlain Sea: Behavior and modeling", stems from a research project initiated by the "Institut de recherche Robert-Sauvé en santé et en sécurité du travail (IRSST)" in 2016, in collaboration with researchers from Université Laval. The study aims to address the risks associated with excavation work, particularly in the deposits of sensitive clays of the Champlain Sea, which caused 48 deaths and 17 serious accidents in Quebec between 1974 and 2013. In the face of the complexity of the behaviors of excavations in sensitive clay deposits, the thesis accentuates the need for reliable methods to predict these behaviors. A numerical method with a complex model that describes theses behaviors, integrating hydromechanical coupling and the calculations of safety coefficients by the method of reduction of resistances, is presented as a potential solution. However, up to now, the potential of this method has not been sufficiently exploited regarding excavation in the sensitive clay deposits of the Champlain Sea, and the feedback is sorely lacking. Thus, this thesis seeks to fill this gap. It aims to contribute to a better understanding and management of the risks associated with these works, by offering more robust predictive tools to ensure the safety of workers on site. The thesis was structured in 3 parts namely the "full-scale field experimentation" part, the "laboratory study" part and the "numerical modeling" part. The first focuses on the rupture mechanism, the evolution of interstitial pressures and displacements observed on site. The second part presents and discusses the stress-strain behaviors of Louiseville clay under different load trajectories in the laboratory. The third, modeling and numerical simulation, targets 3 objectives: (1) examine the different methods of calculating safety coefficients for excavations performed in in fine post-glacial materials; (2) operationalize the model with HSS$_\textup{struct}$ hardening for sensitive clays (3) implement and operationalize an advanced numerical model on two instrumented excavations in sensitive clay. The results of this thesis demonstrate that this advanced numerical method could be made operational and was able to explain the behaviors observed on site which are these vertical and successive rupture surfaces for trench A1 and this evolution of interstitial pressures which is not consistent with the prediction of Bishop and Bjerrum (1960) for trench A2. A constitutive model named HSS$_\textup{struct}$, considering the structuring of sensitive clays was developed, and recommendations were made on the reliability of the different calculation methods examined in chapter 5.

Les chantiers de type chambre ouverte ont été popularisés dans les mines souterraines autour des années 80 dû aux hauts rendements et relativement faibles coûts qu'ils engendrent. Le succès de cette méthode de minage dépend de la capacité à concevoir une chambre ouverte qui maximise les profits tout en respectant la géométrie de celle-ci lors du minage. En réalité, des sur-bris (volume de roche minée et non planifiée) et sous-bris (volume de roche planifié laissée en place) sont générés lors du minage du chantier et peuvent avoir des conséquences néfastes sur la stabilité du chantier et la rentabilité des opérations. Afin de minimiser ces bris hors-profil et leurs impacts, des outils empiriques, tels que les abaques de stabilité, ont été développés et améliorés afin de prédire les volumes de sur-bris par face pour le chantier. Malheureusement, ces outils présentent certaines limitations :ils intègrent un nombre limité de paramètres (ce qui ne couvre pas toutes les causes possibles des bris hors profil pour le site à l'étude), le sous-bris n'est pas considéré et la résolution spatiale des prédictions est limitée (valeur qualitative ou moyenne par face). Ces limitations empêchent l'intégration de données économiques dans les prédictions et ainsi l’optimisation globale des chantiers. L'objectif de cette thèse fut de développer une méthodologie pour les mines en opération qui permet de comprendre la distribution spatiale et la magnitude des bris hors-profils générés le long de la surface du chantier et d'utiliser ces connaissances durant la conception du chantier pour prédire la géométrie attendue afin d'optimiser sa performance. Pour ce faire, une base de données de chantiers fut créée pour trois cas d'étude (deux en Australie et un au Canada) à une résolution par octree (données géoréférencées mesurées à une résolution d'environ un mètre cube) qui comprend des paramètres géométriques, géomécaniques, géologiques, opérationnels et de performance. Des méthodes statistiques univariées, bivariées et multivariées (analyse en composantes principales et moindres carrés partiels) ont servi à identifier les paramètres critiques. Deux modèles prédictifs multivariés ont été utilisés par la suite pour prédire la géométrie (moindres carrés partiels et forêt aléatoire) ainsi qu'un modèle prédictif additionnel (analyse discriminante linéaire) pour prédire la position des bris hors-profils. Les modèles ont été comparés pour déterminer la meilleure approche. Des données économiques ont ensuite été intégrées pour caractériser les performances géotechniques (bris hors-profil) et économiques des chantiers attendus. L'analyse statistique des paramètres a permis d'identifier les paramètres critiques pour chaque cas d'étude qui impacte le sur-bris (énergie du tir à l'explosif, surdéveloppement des galeries, position dans la surface et présence de structures géologiques) et le sous-bris (position dans la surface, distance avec les trous chargés d'explosifs et l'angle d'interception des trous chargés d'explosifs avec les surfaces). Les paramètres critiques ont été utilisés pour chaque site afin de construire les modèles prédictifs. Les résultats montrent que la magnitude des bris hors-profils le long de la surface de conception peut être prédite à l'aide d'un modèle forêt aléatoire avec moins d'un mètre d'erreur pour 65% de la surface en moyenne. Les modèles de forêt aléatoire permettent de prédire la géométrie avec succès pour 71 % des faces de chantiers transversaux et 51 % des faces de chantiers longitudinaux. L'analyse de ces prédictions permet de déterminer les magnitudes maximales possibles de bris hors-profil et leur position (utilisant l'approche probabiliste) ainsi que d'estimer la performance économique du chantier. La résolution des données et l'utilisation de l'analyse multivariée ont permis de prédire la géométrie des chantiers, allant bien au-delà de la simple prédiction qualitative par face de chantiers fournie par une approche traditionnelle de l'abaque de stabilité. Ces travaux constituent une étape importante vers un processus de conception et de planification des chantiers qui minimise les problèmes de stabilité, la dilution et la perte de minerai à travers le chantier. Étant donné qu'une géométrie de conception maximisant la récupération de minerai augmente le potentiel de dilution et vice versa, cette approche permet de quantifier le compromis économique et ainsi maximiser la rentabilité lors de l'exploitation du chantier. Cela marque une contribution importante pour la compréhension et l'optimisation de la performance des chantiers de type chambre ouverte. / Open stopes were popularised in underground mines around the 1980s due to the high yields they generate andtheir relatively low cost. The success of this mining method depends on the ability to design a stope that maximises profits while respecting the geometry during mining. In reality, overbreak (OB, unplanned volume of rock mined) and underbreak (UB, volume of planned rock left in place) are generated during the mining process which can have negative consequences on the stability of the stope and the profitability of the operation. To minimise the OB and UB, and their impact, empirical tools such as the Stability Chart were developed and improved to predict the volumes of OB per stope faces. Unfortunately, these tools have certain limitations: they integrate a limited number of variables (which does not cover all the possible causes of OB), UB is not considered, and the resolution of the predictions is limited (qualitative or average value per face). These limitations prevent the full integration of economic data into predictions and thus the optimisation of the mines stopes. The objective of this thesis is to develop a methodology for operating mines which enables the understanding of the spatial distribution and magnitude of OB and UB generated along the surface of the stope and to use this knowledge during stope design to predict the expected geometry to optimise its performance. A stope database was created for three case studies (two in Australia and one in Canada) at an octree resolution (georeferenced data measured at an approximately one cubic metre resolution) which includes geometric, geomechanical, geological, operational and performance variables. Univariate, bivariate and multivariate statistical methods (principal component analysis and partial least squares) were used to identify the critical variables for each site. Multivariate and machine learning models were subsequently used to predict the mined geometry (partial least squares and random forest) and OB and UB location (linear discriminant analysis). The models were compared to determine the best approach. Economic data was integrated to characterise the geotechnical (OB and UB) and economic performances of the expected geometry. The statistical analysis of the variables enables the identification of critical variables for each case studyregarding the OB (observed in areas where there is high blasting energy, where there is a large undercut and overcut, towards the middle of the faces and in the presence of major geological structure) and UB (observed near the edges of surfaces, where there is a large distance from the blasting, and where drill holes toe into the faces). The critical variables were used for each site to build predictive models. The results show that the magnitude of OB and UB can be predicted using a random forest model with a less than one metre error for 65% of the surface on average. These predictions are used to build the expected geometry of the stope. Considering the mining context, it is possible to excellently predict the geometry for 71% of the transversal stope faces and 51% of the longitudinal stope faces. The incorporation of probabilities also enables the estimation of the maximum magnitudes of OB and UB, their location and the economical estimation of the performance of the stopes. The octree resolution of the data and the use of multivariate analysis has enabled the prediction of the stope geometry, going well beyond the simple qualitative per stope face prediction provided by a traditional Stability Chart approach. This work is a significant step to advance stope design and the planning process, providing tools to minimise stability issues, dilution and loss of ore. As designing for higher ore recovery increases the potential for dilution and vice versa, this approach allows for the value realised from mining a stope to be maximised by quantifying this inherent economic trade-off. The enhanced resolution of both data and predictions has allowed for a more comprehensive evaluation of the predicted stope geometry and economic outcomes during the design phase. This marks a major contribution in the ability to design and plan the optimal stope

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Titre de l'écran-titre (visionné le 8 mai 2023) / Ce mémoire présente une analyse technico-économique des convertisseurs de puissance associés aux systèmes de stockage d'énergie par batterie. Trois convertisseurs de puissance ont été modélisés en prenant en compte notamment la résistance interne de la batterie et les fluctuations de la tension aux bornes du système de stockage. Il s'agit plus précisément d'un convertisseur DC/DC, d'un convertisseur DC/AC triphasé à deux niveaux, et d'un convertisseur triphasé DC/AC multi niveau de la structure NPC. La sélection de ces trois topologies de convertisseurs d'électronique de puissance n'est pas aléatoire et est soumise à certains critères de sélection. Ce choix est justifié tout au long du manuscrit. Les équations de dimensionnement, de calcul des pertes par conduction et par commutation, du rendement ainsi que du taux de distorsion harmonique de ces convertisseurs sont fournies. Les performances en termes de rendement, de pertes et de taux de distorsion harmonique de ces convertisseurs ont été déterminées en prenant en compte le rapport cyclique, la résistance interne du système de stockage, les fluctuations de la tension aux bornes du système de stockage et le type de charge alimentée par le système de stockage. Les résultats de la simulation de ces convertisseurs sur le logiciel Matlab/Simulink sont présentés pour valider la partie théorique. Au-delà des convertisseurs de puissance, ce travail présente également une approche holistique des systèmes de stockage d'énergie par batterie ainsi que de leurs composants. Par ailleurs, deux modèles d'équilibrage de cellules ont été développés sur la base de modèles disponibles dans la littérature. / This work presents a techno-economic analysis of power converters associated with battery energy storage systems. Three power converters are modeled, taking into account factors such as the internal resistance of the battery and voltage fluctuations at the storage system terminals. Specifically, these converters include a DC-DC converter, a two-level three-phase DC/AC converter, and a three-level three-phase NPC DC/AC converter. The selection of these three power electronic converter topologies for modelization is not random but is subject to certain selection criteria, which are justified throughout the manuscript. Equations for sizing, calculating conduction and switching losses, efficiency, and total harmonic distortion for these converters are provided. The performance of these converters in terms of efficiency, losses, and total harmonic distortion is determined taking into account duty cycle, internal resistance of the storage system, voltage fluctuations at the storage system terminals, and the type of load supplied by the storage system. Simulation results for these converters using Matlab/Simulink software are presented to validate the theoretical part. Beyond power converters, this work also presents a holistic approach to battery energy storage systems and their components. Additionally, two cell balancing models are developed based on models available in the literature.

Le travail présenté dans ce mémoire constitue une nouvelle approche, dite de domaines fictifs, pour la simulation de l'interaction d'un fluide incompressible et d'un solide rigide, qu'il soit immobile ou en mouvement. Les outils que nous avons développés comportent la mise en oeuvre d'un algorithme fiable de résolution qui intégrera les deux domaines (fluide et solide) dans une formulation mixte et un couplage fin à l'interface. Nous avons aussi développé des techniques de raffinement local adaptatif des maillages utilisés permettant de mieux séparer les éléments du milieu fluide de ceux du solide. Les résultats numériques présentés attestent de la validité des outils développés.

Avec la venue de modèles de plus en plus élaborés pour modéliser les rendements boursiers, la méthode classique du maximum de vraisemblance pour inférer les paramètres n’est généralement plus applicable puisque, par exemple, la fonction de densité n’est pas disponible ou très difficile à calculer numériquement. Dans la littérature, l’inférence par la méthode des moments (MM) est donc généralement suggérée. Dans ce mémoire, une méthode d’inférence plus efficace, soit celle du maximum de vraisemblance empirique basé sur l’entropie (MEEL), est proposée pour deux cas particuliers du processus de Lévy, soit les modèles de Merton et de Tsay. Premièrement, un retour sur certains modèles développés par le passé est fait. Les lacunes du mouvement brownien géométrique sont présentées afin de justifier l’utilisation de modèles plus élaborés. Ensuite, les deux modèles, Merton et Tsay, et leurs propriétés sont présentés plus en détail. Par la suite, il y a une analyse comparative entre l’efficacité du MEEL et celle du MM ; un exemple sur des données réelles est aussi présenté. Pour terminer, deux approches de tarification de produits dérivés sont présentées. / With the advent of increasingly sophisticated models for modeling stock market returns, the classical maximum likelihood method for inferring parameters is generally no longer applicable since, for example, the density function has no closed form or very difficult to calculate numerically. In the literature, inference by the method of moments (MM) is therefore generally suggested. In this master’s thesis, a more efficient inference method, the maximum empirical entropy likelihood (MEEL), is proposed for two particular cases of the Lévy process, namely the Merton and Tsay models. First, a review of some models developed in the past is done. The flaws of the geometric Brownian motion are presented to justify the use of more sophisticated models. Then, the two models, Merton and Tsay, and their properties are presented in more detail. Subsequently, there is a comparative analysis between the effectiveness of the MEEL and the MM; an example with real data is also presented. Finally, two approaches to pricing derivatives are presented.

Dans la littérature actuarielle, les modèles collectifs les plus souvent utilisés pour représenter le montant total des réclamations sur un intervalle de temps donné sont ceux construits à partir de sommes de renouvellement dans lesquelles les forces d'intérêt et d'inflation peuvent éventuellement être prises en compte. Le modèle de renouvellement dans lequel le contexte économique est ignoré, même si trop simpliste, a toutefois permis dans plusieurs cas le calcul de quantités d'intérêt telles que les moments, la fonction génératrice des moments, la distribution du montant total des réclamations, la probabilité de ruine, et a ainsi constitué une première approche de ce problème d'assurance. Pour le modèle de renouvellement avec force d'intérêt constante, les mathématiques sont déjà plus complexes, mais plusieurs résultats ont tout de même été obtenus. Nous pouvons citer deux articles des professeurs Léveillé et Garrido, où ces auteurs proposent des formules récursives pour le calcul de tous les moments. Dans cette thèse, nous proposons un modèle de renouvellement escompté encore plus réaliste où la force d'intérêt est soit représentée par une fonction déterministe ou par un processus stochastique. Les difficultés qu'ajoute ainsi une force d'intérêt plus générale nous obligent à développer une identité qui donnera la distribution conjointe conditionnelle du temps des réclamations connaissant leur nombre dans un intervalle de temps donné. Cet outil fondamental nous permettra de calculer les premiers moments simples et conjoints, de construire une équation intégrale de la fonction génératrice des moments, d'obtenir certaines distributions, de développer des prédicteurs de la valeur présente de notre processus de risque ainsi que d'autres résultats connexes.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2011-2012 / Une des questions incontournables qu'on se pose en théorie des langages est de savoir si une logique est décidable. Autrement dit, pour une logique donnée, on veut savoir s'il existe un algorithme qui détermine si un langage donné est exprimable dans cette logique. Depuis les travaux de Schützenberger, McNaughton et Papert sur la logique de premier ordre sur les mots, on reconnait l'importance de la théorie algébrique des langages pour résoudre ces questions de décidabilité. Un autre exemple historique est la caractérisation de Simon des langages testables par morceaux de mots par les monodes J -triviaux. On dit qu'un langage est testable par morceaux si on peut le définir par une combinaison booléenne d'expressions régulieres de la forme [symbol]. Ces langages sont exactement ceux qui sont définis par la clôture booléenne de [symbol] et le théorème de Simon engendre un algorithme qui en resout la décidabilité. Suite aux succès sur les mots, on a attaque les mêmes questions de décidabilité de logiques sur les langages de forêts, plus spéciquement sur les langages d'arbres. Dernièrement, Bojanczyk, Segoufin et Straubing ont pu démontrer un analogue du théorème de Simon pour les forêts. En effet, ils ont pu caractériser la clôture booléenne de [symbol], c'est-à-dire les langages testables par morceaux, en fonction d'une structure algébrique nommée algèbre de forêts. Ce mémoire est d'abord un état de l'art de la théorie algébrique des langages testables par morceaux. Entre autres, nous présentons le théorème de Simon sur les mots en passant par un résultat de Straubing et Thérien qui utilise la théorie des monodes partiellement ordonnés. Ensuite, nous étudions un pendant de ce résultat pour les algèbres de forêts. Finalement, nous règlons la décidabilité des langages de mots bien emboîtés testables par morceaux, une sous-classe des langages visiblement à pile. En efet, nous proposons un algorithme qui utilise le résultat de Bojanczyk, Segoufin et Straubing sur les langages de forêts.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2008-2009 / La dernière décennie a vu se développer une approche novatrice et efficace pour modéliser la propagation de maladies infectieuses dans des populations: l'épidémiologie par réseaux de contacts. Utilisant des réseaux complexes pour tenir compte des interactions permettant la transmission de maladies infectieuses entre les individus, la percolation de liens de tels réseaux permet de prédire l'issue d'une épidémie et donc d 'aider à tester et à améliorer les politiques de santé publique. Nous présentons un nouveau modèle de percolation de liens sur des réseaux complexes possédant une quelconque distribution de degrés et où l'hétérogénétité de la probabilité d'occupation des liens est explicitement intégrée. Puisque plusieurs maladies infectieuses possèdent une transmissibilité hétérogène, due aux différences physiologiques et comportementales entre les individus, ce modèle permettra des études beaucoup plus précises et détaillées et pourra participer à l'élaboration de politiques de santé publique mieux adaptées à la réalité.