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.

La mégakaryopoïèse est un processus complexe, qui prend naissance à partir des cellules souches hématopoïétiques (HSC). Ces dernières se différencient par étapes successives en mégakaryocytes (MKs) qui, suite à leur maturation, libèrent les plaquettes. Afin de modéliser le sort des HSCs lors de la mégakaryopoïèse en culture, un nouveau modèle mathématique a été développé, basé sur un programme de différenciation tridimensionnelle (3-D) où chaque sous-population est représentée par un compartiment. Dans le but d’évaluer la prolifération, la différenciation des MKs immatures puis matures, la cinétique de mort cellulaire ainsi que le nombre de plaquettes produites, à partir des cellules de sang de cordon (CB) ombilical enrichies en CD34+, un ensemble d'équations différentielles a été déployé. Les cellules CD34+ ont été placées en culture dans un milieu optimisé pour la différenciation mégakaryocytaire. Les paramètres cinétiques ont été estimés pour deux températures d'incubation (37°C versus 39°C). Les résultats des régressions ont été validés par l'évaluation de l'estimabilité des paramètres, en utilisant des analyses de sensibilité locale et globale, puis la détermination d'un intervalle de confiance. Ceux-ci ont été comparés par le biais de tests statistiques et d’analyses en composante principale (ACP). Le modèle proposé pourrait permettre de mieux comprendre les phénomènes complexes observés. Les MKs sont uniques parmi les cellules hématopoïétiques, étant les seules à devenir polyploïdes au cours de leur développement par l’entremise de l’endomitose, un processus mitotique qui se termine prématurément durant la cytocinèse. Pour obtenir une image plus complète et exhaustive de la mégacaryopoïèse, une approche d’imagerie cellulaire à grand champ et à long terme a été développée permettant de suivre individuellement l'évolution des HSCs lors de leur différenciation ex vivo. Cela a permis de démontrer que les MKs polyploïdes sont encore capables de se diviser et de produire des cellules filles polyploïdes, et que ce processus est plus fréquent chez les MKs issues de CB que de moelle osseuse d'adulte. De plus, le processus de formation des proplaquettes semble également réversible. Les phénomènes énoncés plus haut étaient inversement proportionnels au niveau de ploïdie des MKs. En conclusion, cette étude a dévoilé de nouvelles propriétés jusqu’ici inconnues des MKs. / Megakaryopoiesis is a complex process, which is initiated with the proliferation and the differentiation of hematopoietic stem cells (HSC) into megakaryocytes (MK), followed by the maturation of MK and ended by platelet release. To describe the fates of HSC during ex vivo megakaryopoiesis, a new mathematical model was developed based on a 3-dimensional kinetic developmental program. To address this, a set of differential equations was applied to analyze the proliferation, differentiation and death kinetic rates of purified cord blood (CB)-CD34+ cells, immature and mature MKs, as well as platelet number and productivity. CB-CD34+ cells were placed in culture optimized for MK differentiation. The kinetic parameters were estimated for two incubation temperatures (37°C vs. 39°C). The regression results have been validated by assessing the parameter identifiability using local and global sensitivity analyses and confidence intervals, and compared using statistical tests and principal component analysis (PCA). Furthermore, PCA was applied on the solution matrix to construct a simplified MK differentiation pathway model, and to reveal dependencies among the model parameters. The proposed model provides insight into phenomena that would be otherwise difficult to interpret. MKs are unique among mammalian marrow cells as they polyploidize during their natural development. It is universally accepted that MK becomes polyploid by repeatedly deviating from normal cell cycling, where it ceases to complete cytokinesis and divide. To challenge this long-standing hypothesis and to obtain a more comprehensive picture of megakaryopoiesis, a long-term and large-field live cell imaging approach of in vitro MK culture was developed. Using CB- and bone marrow (BM)-CD34+ as starting cells, the direct observation of cells undergoing differentiation and maturation over a 5-day culture period is reported for the first time. Herein, direct visual proof that polyploid MKs can complete cytokinesis during its normal development is presented. This phenomenon was found not restricted to CB- as the BM-derived polyploid MK also underwent division. However the latter showed significantly lower proliferation rate. This new finding explains in part the unresolved issue of low ploidy levels observed in CB-MK and contests the notion that polyploid MKs do not divide.

Mesurer les poussées des glaces sur les barrages hydroélectriques nécessite la mesure des contraintes dans les couverts de glace (CdG). Ces derniers sont des couches de glace qui se forment en hiver sur des réservoirs d'eau des barrages dans des zones hivernales (exemple, Québec). Le CdG se dilate lors d'une hausse de température, et est déstabilisé par la variation du niveau d'eau (VNE) dans le réservoir. Si de plus, le CdG est en contact avec le mur du barrage, des forces naissent sur le mur. Pour mesurer ces forces, dans un cadre de sécurité des barrages, des panneaux capteur de pression sont placés sur le mur du barrage, et des jauges sont positionnées dans le CdG. Parmi les jauges figurent les jauges biaxiales (JB) de 12 pouces (JB12) ou 30.48 cm de hauteur, et celles de 4 pouces (JB4) ou 10.16cm de hauteur. La petite hauteur de la JB4 lui permet de mesurer les contraintes selon la profondeur à laquelle elle est placée. Vu sa forte rigidité, la JB4 attire les forces sur le plan horizontal et sur le plan vertical. Une théorie mathématique permet de traiter le problème d'attraction des forces à l'horizontale (Savin, 1961), mais le problème d'attraction des forces en trois dimensions (effets 3D du CdG) n'est pas résolu. Or, les effets 3D causeraient le fait que la JB4 surestime les mesures. L'objectif de ce mémoire est de quantifier les effets 3D et évaluer l'impact du fluage de la glace, sur les contraintes estimées par la JB4 et sur l'amplification des contraintes (AC) autour d'elle. Pour se faire, sont développés, à l'aide du logiciel ANSYS, deux modèles numériques basés sur la méthode des éléments finis. Le premier modèle, en 2D, permet de valider l'approche numérique et évaluer l'impact du fluage. Le modèle 3D, sert à quantifier les effets 3D. Glace et JB4 sont homogènes et isotropes dans tout le projet. Le modèle 2D de base s'est avéré robuste, car les champs de contrainte et de déplacement ont au plus 0.5 % d'écart par rapport à la théorie de Savin. À partir du modèle robuste, est développé un modèle 2D (véritable outil) pour étudier l'impact du fluage sur PAC autour de la JB4 et sur la mesure de la JB4. Les résultats qui en découlent sont indicatifs en raison de la limitation au fluage secondaire. Un modèle de fluage plus complet permettrait de valider l'impact du fluage secondaire. Cet impact s'est avéré plus important pour des contraintes plus élevées. Par exemple, pour un chargement uniaxial de 250kPa, la diminution horaire moyenne de la contrainte principale maximale est de 0.92kPa/h, contre 1.79kPa/h pour une charge de 500kPa. Les effets 3D ont été évalués (matériaux uniquement élastiques). L'AC en 3D est au maximum de 5% plus élevé que TAC en 2D. Cet impact maximal correspond aux épaisseurs du CdG supérieures à 30 cm. Mais, la force moyenne (suivant la hauteur) reçue par le capteur est difficile à évaluer. En effet, le champ de contrainte autour de la JB4 et dans la direction verticale est très complexe et doit être profondément examiné. Cette complexité est due à la brusque variation de l'épaisseur du capteur le long de la hauteur. Ainsi, le modèle 3D doit faire l'objet d'une validation.

La démocratisation des véhicules hybrides branchables ainsi que des véhicules purement électriques implique un surplus de demande sur les réseaux de distribution. Le Vehicle-to-Grid (V2G) ou le Vehicle-to-Building (V2B) visent à répondre à cette demande accrue en utilisant les véhicules non plus comme de simples charges pour le réseau électrique mais comme des acteurs effectuant des échanges bidirectionnels. Les travaux présentés dans ce mémoire montrent, avec des données réelles du campus de l’Université Laval, une modélisation de flottes de véhicules et l’application d’un modèle d’optimisation linéaire que le V2B peut permettre de réaliser des gains financiers partagés entre les acteurs tout en rechargeant efficacement les véhicules participants. / The democratization of plug-in hybrid electric vehicles along with purely electric vehicles causes an increased electric demand on the power grid. Vehicle-to-Grid (V2G) or Vehicle-to-Building (V2B) aim to bring an appropriate response to this increased demand, by not simply considering vehicles as loads for the grid but as actors making bidirectionnal exchanges. The works presented in this master’s thesis show, with real data on the Université Laval campus, a modelling of vehicle fleets and the application of a linear optimization model, that V2B can provide financial gain shared between the actors of the system, while charging the vehicles efficiently.

Titre de l'écran-titre (visionné le 14 août 2023) / La maladie d'Alzheimer (MA) est la cause la plus commune de démence chez les personnes de 65 ans et plus. Qu'est-ce qui déclenche réellement cette maladie ? La réponse est probablement une interaction dynamique de diverses voies, y compris l'amyloïde-bêta, les protéines tau hyperphosphorylées et les cytokines inflammatoires, modulées par des facteurs de risque tels que la génétique et le sexe. Cependant, tester une telle hypothèse multifactorielle chez l'humain est logistiquement presque impossible. Les modèles mathématiques pourraient résoudre ce problème en offrant un moyen de démêler les relations causales. Dans le cadre de ce mémoire, nous avons construit un modèle mathématique décrivant l'évolution d'un cerveau normal vers un état pathologique. Il est composé de dix-neuf équations différentielles ordinaires utilisant des paramètres issus de la littérature. Nos variables incluent l'amyloïde-bêta, les protéines tau, les neurones, les astrocytes activés, les microglies et macrophages, et certaines cytokines. Nous obtenons des résultats pour ces variables pour le vieillissement entre 30 et 80 ans d'âge. En raison de son importance dans la MA, nous avons séparé l'accumulation d'amyloïde-bêta en plusieurs composantes, soit les monomères intracellulaires et extracellulaires, les oligomères et les plaques. L'effet du sexe et la présence de l'allèle APOE4 ont été pris en compte via des paramètres sélectionnés. Le modèle est également sensible à l'insuline, étant donné que le diabète est un facteur de risque bien connu de la MA. Notre modèle relie avec succès la plupart des variables par rapport à l'âge. Nous présentons aussi deux variations du modèle, soit sans la variation de la concentration d'insuline, ou avec une diminution du taux d'activation des microglies. Les résultats obtenus sont cohérents avec les observations expérimentales. Malgré cela, notre modèle est encore sujet à plusieurs améliorations et une validation avec des données expérimentales est à faire. / Alzheimer's disease (AD) is the most common cause of dementia in people aged 65 and over. What actually triggers this disease? The solution is likely a dynamic interplay of various pathways, including amyloid-beta, hyperphosphorylated tau proteins, and inflammatory cytokines, modulated by risk factors such as genetics and gender. However, testing such a multifactorial hypothesis is logistically almost impossible to achieve in humans in practice. Mathematical models could solve this problem by offering a way to untangle causal relationships. As part of this thesis, we have built a mathematical model presenting the evolution of a normal brain towards a pathological state. It is composed of nineteen ordinary differential equations using parameters taken from the literature. Our variables include amyloid-beta, tau proteins, neurons, activated astrocytes, microglia and macrophages, and some cytokines. We obtain results for these variables for aging between 30 and 80 years of age. Because of its importance in AD, we have separated amyloid-beta accumulation into several components, namely intracellular and extracellular monomers, oligomers and plaques. The effect of sex and the presence of the APOE4 allele were taken into account via selected parameters. The model is also insulin sensitive, as diabetes is a well-known risk factor for AD. Our model successfully links most of the variables with age. We also present two variations of the model, either without the variation in insulin concentration, or with a decrease in the rate of activation of microglia. The results obtained are consistent with the experimental observations. Despite this, our model is still subject to several improvements and a validation with experimental data is to be done.

La grande densité de couple qui fait la réputation des machines à flux transverse (MFT) est attribuable à l’agencement particulier de ses circuits magnétiques et électriques. Cependant, cet agencement complique aussi l’étape de modélisation nécessaire à la conception de la machine. Des facteurs tels que le flux de fuite, la saturation et l’aspect tridimensionnel du flux expliquent en grande partie la difficulté à élaborer un modèle magnétique analytique précis pour la machine. Par ailleurs, l’emploi d’un modèle imprécis pour l’optimisation des caractéristiques de la machine peut conduire à des résultats erronés. Pour cette raison, la plupart des concepteurs fait appel à une modélisation numérique avec des outils de calcul des champs 3-D, coûteux en ressources informatiques, en temps de calcul et malheureusement peu adaptée au processus de conception itératif d’une machine électrique. La thèse défendue dans ce document propose une alternative : elle présente une approche de modélisation hybride, faisant appel à un modèle magnétique analytique assisté par le calcul des champs. L’approche est appliquée pour l’optimisation des performances d’une structure de MFT particulière : la MFT à griffes (ou "claw-pole") à stator hybride (MFTCPSH). Dans un premier temps, on montre comment des facteurs de corrections, dont les valeurs sont déterminées à partir de simulations par éléments finis 3-D, peuvent permettre de palier aux problèmes de précision d’un modèle analytique au cours de l’optimisation de la machine. Un exemple de maximisation du flux à vide d’une MFTCPSH démontre la rapidité, l’efficacité et la précision de l’approche proposée. Dans un second temps, le modèle hybride et la méthode d’optimisation sont développés pour maximiser le couple d’une MFTCPSH. En se basant sur le cahier des charges d’une application de traction électrique de type moteur-roue, il est montré comment le modèle et la méthode proposés permettent, en quelques heures seulement, de déterminer les dimensions géométriques optimales qui maximisent la densité de couple de la machine. / The high power and torque capabilities of Transverse Flux Machines (TFM) are well known. The particular arrangement of the TFM’s electric and magnetic circuits, which mainly explains its exceptional features, also greatly complicates the TFM design process. Building an accurate analytical magnetic model for a TFM is a hard task: factors as the leakage flux, magnetic saturation or 3-D flux paths greatly affect the model accuracy. As the use of an inaccurate model can lead to erroneous results, TFM designers extensively use numerical models, as 3-D finite element analysis (FEA). Despite their accuracy, such numerical tools are still time and resource consuming but also tricky to use for optimization purpose. This thesis proposes an alternative approach for the design of TFM: a hybrid model, based on analytical calculations, corrected with finite element results inside the optimization process. Such an approach is used in order to optimize the performances of a claw-pole TFM with hybrid stator (CTFMHS). This work first presents how FEA-derived correction factors can be inserted in the analytical model to improve the model accuracy, in the course of the design process. The principles and the effectiveness of the proposed approach are shown through an example of CTFMHS no-load flux maximization. The approach is then derived in order to maximize the torque density of the CTFMHS. Considering the specifications of an in-wheel motor application, it is shown how the developed approach can determine, in a few hours only, the optimal machine geometry maximizing its torque density.

Le calcul des surfaces libres a fait l'objet de plusieurs ouvrages. L'objectif de ces travaux est de calculer avec précision les interfaces entre fluides immiscibles en minimisant la diffusion numérique et les pertes de masse. Plusieurs techniques existent pour effectuer de telles simulations et dans ce travail, on présente une variante améliorée de la méthode des surfaces de niveau (« level-set method »). Cette méthode requiert la résolution d'une équation de transport pour l'interface, couplée à la résolution des équations de NavierStokes. Dans la méthode proposée, l'interface est représentée par la surface de niveau 0 de la fonction distance signée. Cette interface présente une zone de transition de largeur 2e des paramètres rhéologiques des deux fluides comme la viscosité et la densité. Ces paramètres sont régularisés à l'interface pour éviter de gérer des discontinuités. La tension superficielle caractérise la résistance à la déformation de l'interface et joue un rôle très important. Il est donc primordial de bien l'imposer comme terme source dans l'équation de Navier-Stokes, ce qui est réalisé par l'introduction d'un tenseur qui agit uniquement à l'interface. Pour remédier au problème de conservation de la masse, nous avons développé une technique qui consiste à modifier la surface de niveau 0 de manière à conserver le volume. Cette correction est calculée avec la méthode de la sécante. Toutes ces stratégies sont facilitées par l'introduction d'une méthode d'adaptation de maillage instationnaire permettant de concentrer les éléments au voisinage de l'interface, là où le besoin s'en fait sentir. Cela assure une imposition très précise des forces surfaciques ainsi que de la transition des caractéristiques rhéologiques des différents fluides. Ce remaillage adaptatif est basé sur un estimateur d'erreur hiérarchique en dimension 2 et sur un estimateur basé sur une métrique en dimension 3. La résolution des équations de Navier-Stokes est faite par une méthode directe en dimension 2 et par une méthode itérative en dimension 3. L'élément de Taylor-Hood et un schéma implicite de différences arrières d'ordre 2 sont utilisés pour les discrétisations en espace et en temps. On utilise une méthode SUPG pour les équations de transport et de régularisation de l'interface. Enfin, plusieurs problèmes sont traités afin de valider la méthode et de comparer nos résultats avec ceux obtenus par d'autres chercheurs et différentes méthodes. On soulève enfin un certain nombre de questions sur les méthodes employées dans la littérature.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2008-2009 / Les objectifs de ce mémoire peuvent se scinder en deux parties distinctes. On retrouve tout d'abord un objectif de nature méthodologique qui consiste à réduire les coûts de calcul d'une méthode lagrangienne par particules vortex. Le second objectif est pour sa part davantage relié aux phénomènes physiques et à l'optimisation d'un concept de turbine à aile oscillante. L'objectif méthodologique concerne une méthode vortex lagrangienne 2-D permettant de résoudre des écoulements externes, visqueux et incompressibles, autour de multiples corps en mouvement arbitraire. Avec une telle méthode, le contrôle de la relaxation de la résolution spatiale dans le sillage des corps est plus complexe que dans le cas d'une méthode eulérienne (méthode de grille), puisque la discrétisation des champs est réalisée via un ensemble de particules vortex. Étant donné le nombre sans cesse croissant de ces particules dans le sillage, les coûts de calcul deviennent alors de plus en plus importants. Afin de mieux contrôler cette augmentation du nombre de particules, une approche de redistribution par boîtes est donc proposée et permet à l'utilisateur de définir des boîtes de dimensions et de résolution variables. Les résultats montrent que dans plusieurs simulations, le nombre de particules peut être réduit jusqu'à 50% sans toutefois affecter significativement les prédictions des forces agissant sur les corps. L'atteinte de l'objectif méthodologique s'est avérée nécessaire pour réaliser l'optimisation du rendement d'un concept de turbine à aile oscillante. Cette optimisation a été étudiée via la modification des fonctions de mouvement de l'aile et l'utilisation d'un volet au bord de fuite. Les résultats montrent que la modification des fonctions de mouvement ne permet qu'une faible amélioration du rendement. Toutefois, le déploiement d'un volet permet quant à lui d'aller jusqu'à doubler le rendement pour certaines conditions d'opération.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2013-2014. / Ce mémoire présente la méthodologie utilisée et les résultats d’optimisation de champs d’échangeurs géothermiques verticaux. Le contenu est présenté en deux articles de journaux scientifiques. Le premier article traite d’une étude sur l’impact de la stratigraphie du sol sur l’évaluation de performance d’échangeur géothermique. L’étude dévoile que les résultats des simulations prédisent une consommation d’énergie équivalente du système de thermopompe géothermique, que le sol soit stratifié ou homogène avec une conductivité thermique moyenne. Le premier article confirme donc l’hypothèse selon laquelle un système de pompe à chaleur couplée au sol peut être modélisé en utilisant une conductivité thermique moyenne. Le deuxième article présente une méthode d’optimisation de la conception d’échangeurs géothermiques afin de minimiser le coût du système global. Les résultats montrent entre autres que le nombre de puits dans une grille d’échangeurs, de même que leur profondeur, sont des paramètres d’importance dans la variation du coût. / This master thesis presents the method used and the optimization results for a ground coupled heat exchangers borefield. The content is divided into two papers submitted for publication to scientific journals. The first paper reports a study on soil stratigraphy impact on performance evaluation for a geothermal heat pump. The study reveals that the results obtained from simulation predict the same energy consumption of heat pump system for stratified soil and for homogenous soil defined by an average thermal conductivity. It confirms the assumption that a ground coupled heat exchanger system can be modeled using an average value of thermal conductivity. The second paper presents an optimization method of geothermal borefield design to minimize the cost of the system. Results show that number of boreholes in the grid, and their depth, are two influential parameters having strong effect on total cost.