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Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Les matériaux métalliques polycristallins sont des agrégats de grains plus ou moins favorablement orientés, par rapport à l'axe de sollicitation, pour le glissement plastique. Lors d'une sollicitation mécanique, cette diversité d'orientations cristallines conduit à une hétérogénéité de la déformation à l'échelle de la microstructure: des déformations plastiques locales peuvent apparaître dans certains grains alors que l'échantillon est macroscopiquement sous chargement élastique. Par ailleurs, cette plasticité locale s'accompagne de l'émergence du glissement en surface du matériau ainsi que d'une dissipation d'énergie. La description fidèle de ces phénomènes mécaniques et énergétiques, à l'échelle d'apparition de la plasticité et de l'endommagement, ouvre alors la perspective d'identifier des modèles mécaniquement admissibles et énergétiquement fondés. L'objectif de ces travaux est donc de développer les moyens expérimentaux nécessaires à la réalisation de telles analyses mécaniques et énergétiques à l'échelle microstructurale. Pour accéder simultanément aux informations cinématiques et thermiques à l'échelle la plus fine possible actuellement, celle des grains d'un polycristal, des mesures de champs de température par thermographie infrarouge et de champs de déformation par corrélation d'images numériques sont donc mises en œuvre au sein d'un dispositif original de couplage des deux techniques. Ce dispositif permet alors une étude simultanée des champs de température et de déformation d'un acier inoxydable austénitique 316L sous sollicitations uniaxiales monotones et cycliques. / Polycrystalline metallic materials are made of an aggregate of grains more or less well-oriented, with respect to the loading axis, for plastic slipping. Under mechanical loading, this diversity of crystalline orientations leads to a heterogeneous deformation at the microstructure scale: local plastic strains can arise within sorne grains whereas the sample is under macroscopic elastic loading. Besides, local plasticity triggers the appearance of slip marks at the surface of the material along with a thermal dissipation. An exact description of these mechanical and energy phenomena, at the scale where plasticity and damage take place, bring forth the outlook for identification of mechanically admissible models in good agreement with energy considerations. The aim of this study is thus to develop the experimental means enabling the realization of such mechanical and energy analyses at the microstructure scale. ln order to get simultaneous kinematic and thermal data at the finest scale reachable nowadays, the polycrystal's grains scale, temperature fields are grabbed by infrared thermography and strain fields by digital image correlation within an original experimental coupling device. Thanks to this experimental set-up, temperature and strain fields have been studied simultaneously during monotonie and cyclic uniaxial loadings for a 316L austenitic stainless steel.

Le résumé en français n'a pas été communiqué par l'auteur. / Le résumé en anglais n'a pas été communiqué par l'auteur.

Pulmonary embolism (PE) is an extremely common and highly lethal condition that is a leading cause of death in all age groups. PE is the third most common cause of death in hospitalized patients, with an estimated 0.24% annual death rate of the population. Its symptoms are often vague and its diagnosis is a major medical challenge, with 70% of missed diagnosis in people dying from PE in hospitals. If left untreated, approximately one third of patients who survive an initial PE subsequently die from a future embolic episode. Most patients succumb to PE within the first few hours of the event. However, when properly identified, an effective treatment consisting of anticoagulants or thrombolytics is administered that dramatically reduces the mortality rate of the disease. Typically, the diagnosis of PE is manually performed by radiologists on CT images. It is a time-consuming and error-prone process, in particular because of the huge amount of data and more specifically in the case of sub-segmental and peripheral clots, which are less visible. Indeed, a typical CT dataset that is used for PE diagnosis can have more that 600 slices, the size of the smallest visible volume being in the order of magnitude of one millimeter. The duration of that review process by radiologists, excluding acquisition time, is in the order of 5 to 10 minutes, depending on evidence of the clots. The duration of an exam may become a concern considering that there is currently a lack of radiologists, that is partly due to the availability of new modalities, the increasing complexity of existing ones, and the growing number of new applications of medical imaging (functional imaging, heart CT, etc.). In that context, a computer aid can be provided whose main goal would be to decrease the time required to perform an exam, by acting either as a safeguard for radiologists or even better, if sufficiently robust and conservative, as a preliminary detection step in a computer-aided diagnosis (CAD) system. The work presented in this thesis consists of a combination of a method for segmenting the pulmonary arteries (PA), two emboli detection methods as well as a scheme for the evaluation of the performance. The segmentation of the PA serves one of the clot detection methods, and is carried out through a region growing algorithm that makes use of a priori knowledge of vessels topology. Two different approaches for clot detection are introduced. The evaluation of the method is also discussed, and a scheme for measuring its performance in terms of sensitivity and specificity is proposed, including a practical approach to making reference detection data, or ground truths, by radiologists.

Les animaux et êtres humains possèdent le sens du nombre, une capacité permettant d’appréhender rapidement et de manière approximative les quantités. Cette habileté étant présente très précocement et parmi différentes espèces, elle est considérée comme émergeant indépendamment de la culture, et en particulier de ces objets culturels que sont le langage et la scolarisation. Au-delà de cette compétence héritée phylogénétiquement, l’être humain développe également la capacité à appréhender et à manipuler les grandes quantités de manière exacte, du moins lorsqu’il évolue dans une culture de type occidental. Cette habileté émerge en grande partie grâce aux propriétés symboliques dont est pourvu le langage et aux outils mathématiques enseignés à l’école. De précédentes recherches ont permis de montrer que les compétences numériques approximatives se précisent au cours de l’ontogenèse de l’individu. D’une part, ces habiletés se développent entre l’âge de trois et six ans, ce qui correspond à la période à laquelle l’enfant acquiert les habiletés numériques verbales. D’autre part, les adultes possèdent des compétences numériques approximatives plus élaborées que celles d’enfants de six ans, suggérant que ces compétences se précisent également durant la période consacrée aux apprentissages scolaires. Le présent travail de thèse a pour objectif d’examiner la manière dont les habiletés numériques exactes, acquises sous l’influence des apprentissages langagiers et scolaires émanant de la culture, s’intègrent aux habiletés numériques approximatives, et comment elles peuvent les influencer. Cette proposition est évaluée expérimentalement à travers la mise en œuvre de cinq études. La première étude est consacrée aux interactions régissant les capacités numériques exactes et approximatives au cours de la scolarité primaire. La seconde étude examine l’influence du langage sur le développement des habiletés numériques exactes et approximatives, à travers l’évaluation d’enfants présentant un déficit langagier. La troisième étude explore plus directement la question de l’impact des apprentissages en mathématiques sur les compétences approximatives, grâce à l’évaluation d’adultes n’ayant pas bénéficié d’une éducation formelle en mathématiques. La quatrième étude est consacrée aux stratégies utilisées par l’adulte lors de la résolution exacte de calculs complexes afin d’examiner si certaines des procédures engagées portent les marques du système numérique approximatif. Enfin, la cinquième étude examine comment les capacités approximatives d’appréhension de la quantité sont associées aux habiletés arithmétiques exactes lorsqu’elles sont mises en œuvre à l’âge adulte. L’ensemble des résultats est intégré dans une section finale au sein de laquelle sont discutés les rapports entre nature et culture définissant les relations entre habiletés numériques approximatives et exactes.

L’influence de la microstructure sur l’élasticité à l’échelle macroscopique de matériaux composites renforcés par des fibres alignées sans chevauchement est quantifiée par homogénéisation numérique (FEM). La fonction de paires (Rdf) s’est montrée comme étant la corrélation du second ordre la plus efficace pour décrire la répartition spatiale des fibres. Des échantillons numériques dont la Rdf est contrôlée ont été construits par recuit simulé et leurs propriétés effectives calculées. La condition de non-chevauchement entraine un pic de la Rdf pour des distances comprises entre 1 et 1,5 diamètre. Les coefficients d’élasticité augmentent avec le pic de la Rdf. Ces résultats ont conduit à établir de nouvelles bornes pour les systèmes de fibres parallèles en équilibre. Les microstructures correspondant aux bornes inférieures et supérieures sont respectivement une répartition des fibres de Percus-Yevick et une agglomération des fibres. / Throughout this work, the influence of microstructures of non-overlapping aligned fiber reinforced composites on macroscopic elastic properties has been quantified with numerical homogenization on FEM simulations. The radial distribution function (Rdf) has proven to be the best second order correlation to describe fiber spatial distributions. Numerical samples with controlled Rdfs were built with simulated annealing and their effective values were evaluated. Due to the non-overlapping condition, Rdf exhibits a peak for distances from 1 to 1.5 diameter. When Rdf peak increases, elastic moduli increase as well. From this result, new bounds that frame any equilibrium system of aligned fiber composites were established. The corresponding microstructures for lower and upper bounds were respectively a Percus-Yevick distribution of fibers and packed fibers.

Le jumeau numérique est un concept relativement nouveau qui a reçu plusieurs contributions académiques ces dernières années. Un jumeau numérique reproduit une entité physique de façon à ce que l'état de cette entité soit identique en tout temps à l'état de l'entité numérique. L'objectif de cette maîtrise est de créer le prototype d'un jumeau numérique qui vise à assister des opérateurs de machineries forestières. Pour ce faire, une revue littérature a été réalisée pour documenter les contributions académiques dans les domaines principaux du jumeau numérique, de façon à montrer les caractéristiques que le jumeau numérique d'un système opérateur-machine forestier pourrait avoir. Cette revue a également permis de déterminer qu'il est nécessaire, de développer un algorithme pour traduire les mouvements de la machine en actions effectuées par l'opérateur dans le but de créer ce jumeau. À partir de ce constat, le prototype d'un jumeau numérique a été créé à l'aide d'un simulateur de machinerie lourde générique. Le prototype a permis la création d'une base de données afin d'alimenter l'algorithme proposé. L'étude rattachée à cet algorithme est centrée sur l'influence de l'ajout d'informations temporelles et de son impact sur la précision du modèle. Il en résulte qu'avec les données collectées, l'ajout du contexte temporel a soit, pas d'influence sur la précision du modèle, soit nui aux résultats lorsque l'environnement et la machine sont complètement caractérisés. À travers ces contributions, un concept de jumeau numérique a été créé et il pourra servir de base à de futures recherches sur l'assistance des opérateurs de machinerie lourde. Ce projet permet également de mettre en valeur un exemple de jumeau numérique appliqué à des problématiques rencontrées par des travailleurs spécialisés. Une telle application du concept du jumeau numérique n'est pas encore commune. / The concept of digital twin is a relatively new research topic that has received several academic contributions in recent years. A digital twin reproduces a physical entity in such a way that the state of this entity is identical at all times to the state of the digital entity. The objective of the master's project is to create the prototype of a digital twin in order to assist operators of forestry machinery. To this end, a literature review was written to document the academic contributions related to the main study areas of the digital twin, so as to show the characteristics that the digital twin of a forest operator-machine system could have. This review has also determined that it is necessary to develop an algorithm to transpose the movements of the machine into actions performed by the operator in order to advise the operator. Based on this, the prototype of a digital twin was created using a generic heavy machinery simulator. This allowed the creation of a database to feed the proposed algorithm. The study related to this algorithm is centered on the influence of the addition of temporal information and its impact on the accuracy of the model. It follows that with the collected data, the addition of the temporal context, by itself, has no influence on the precision of the model, or harms the performance when the environment and the machine are completely characterized. Through these contributions, a prototype of digital twins has been created and it can serve as a basis for future research on the assistance of heavy machinery operators. This project also highlights an example of a digital twin applied to problems encountered by specialized workers.

Titre de l'écran-titre (visionné le 6 septembre 2023) / Afin des adapter au rythme des technologies numériques, plusieurs institutions offrent aux apprenants la possibilité de suivre un cours avec un environnement numérique d'apprentissage. Lorsque ces derniers apprennent dans un tel environnement, ils vont laisser des traces numériques qui peuvent être collectées et analysées. Pour cela, certains chercheur sont proposé des modèles de l'analytique de l'apprentissage, mais qui ne sont pas ou peu au profit de l'apprenant. Par exemple, leur modèle analytique ne favorisent pas un apprentissage autorégulé de l'apprenant sur l'environnement numérique d'apprentissage. La question est de savoir comment utiliser les traces d'apprentissage collectées sur l'environnement numérique d'apprentissage pour aider les apprenants à réussir ? Nous avons donc proposé un modèle analytique DP2A pour détecter la performance d'autorégulation sur l'environnement numérique d'apprentissage, avec l'analytique de l'apprentissage (Learning Analytics, LA) et l'apprentissage automatique supervisé. En effet, ce modèle permet de classifier les performances d'autorégulation des apprenants en deux groupes : les apprenants autorégulés et les apprenants non autorégulés. Cette classification a été effectuée en utilisant les classificateurs SVM et KNN, avec et sans ajustement des hyperparamètres de base. L'évaluation des classificateurs a montré que le classificateur SVM avec ajustement des hyperparamètres de base a bien prédit la classe d'autorégulation d'un apprenant, avec un taux de classification de 99%. Compte tenu de la performance de ce classificateur, il est approprié pour rendre optimal notre modèle DP2A dans la détection de la performance d'autorégulation des apprenants sur l'environnement numérique d'apprentissage. Il serait envisageable à l'avenir d'intégrer le classificateurs SVM avec ajustement des hyperparamètres de base pour détecter la performance d'autorégulation et éventuellement générer des conseils personnalisés à l'apprenant sur sa stratégie d'autorégulation. / Many institutions offer learners the opportunity to take a course in a digital learning environment in order to keep pace with digital technologies. When they learn in this kind of environment, they will leave digital traces that can be collected and analyzed. Some researchers have proposed models of learning analytics, but they have had little or no benefit to the learner. For example, their analytic model does not promote self-regulated learner learning in the digital learning environment. The question is how can we use the learning traces collected in the digital learning environment to help learners succeed? Consequently, we proposed a DP2A analytic model to detect self-regulatory performance in the digital learning environment, using Learning Analytics (LA) and supervised machine learning. Indeed, this model allows classifying learners' self-regulation performance into two groups: self-regulated learners and non-self-regulated learners. The classification was performed using the SVM and KNN classifiers, with and without adjustment of the basic hyperparameters. Evaluation of the classifiers showed that the SVM classifier with basics hyperparameters adjustment predicted a learner's self-regulation class well, with a classification rate of 99%. Considering the performance of this classifier, it is appropriate to make our DP2A model optimal for detecting learner's self-regulation performance in the digital learning environment. In the future, it would be conceivable to integrate the SVM classifiers with adjustment of the basic hyperparameters to detect the self-regulation performance and eventually generate personalized advice to the learner on his self-regulation strategy.

Le jumeau numérique est un concept relativement nouveau qui a reçu plusieurs contributions académiques ces dernières années. Un jumeau numérique reproduit une entité physique de façon à ce que l'état de cette entité soit identique en tout temps à l'état de l'entité numérique. L'objectif de cette maîtrise est de créer le prototype d'un jumeau numérique qui vise à assister des opérateurs de machineries forestières. Pour ce faire, une revue littérature a été réalisée pour documenter les contributions académiques dans les domaines principaux du jumeau numérique, de façon à montrer les caractéristiques que le jumeau numérique d'un système opérateur-machine forestier pourrait avoir. Cette revue a également permis de déterminer qu'il est nécessaire, de développer un algorithme pour traduire les mouvements de la machine en actions effectuées par l'opérateur dans le but de créer ce jumeau. À partir de ce constat, le prototype d'un jumeau numérique a été créé à l'aide d'un simulateur de machinerie lourde générique. Le prototype a permis la création d'une base de données afin d'alimenter l'algorithme proposé. L'étude rattachée à cet algorithme est centrée sur l'influence de l'ajout d'informations temporelles et de son impact sur la précision du modèle. Il en résulte qu'avec les données collectées, l'ajout du contexte temporel a soit, pas d'influence sur la précision du modèle, soit nui aux résultats lorsque l'environnement et la machine sont complètement caractérisés. À travers ces contributions, un concept de jumeau numérique a été créé et il pourra servir de base à de futures recherches sur l'assistance des opérateurs de machinerie lourde. Ce projet permet également de mettre en valeur un exemple de jumeau numérique appliqué à des problématiques rencontrées par des travailleurs spécialisés. Une telle application du concept du jumeau numérique n'est pas encore commune. / The concept of digital twin is a relatively new research topic that has received several academic contributions in recent years. A digital twin reproduces a physical entity in such a way that the state of this entity is identical at all times to the state of the digital entity. The objective of the master's project is to create the prototype of a digital twin in order to assist operators of forestry machinery. To this end, a literature review was written to document the academic contributions related to the main study areas of the digital twin, so as to show the characteristics that the digital twin of a forest operator-machine system could have. This review has also determined that it is necessary to develop an algorithm to transpose the movements of the machine into actions performed by the operator in order to advise the operator. Based on this, the prototype of a digital twin was created using a generic heavy machinery simulator. This allowed the creation of a database to feed the proposed algorithm. The study related to this algorithm is centered on the influence of the addition of temporal information and its impact on the accuracy of the model. It follows that with the collected data, the addition of the temporal context, by itself, has no influence on the precision of the model, or harms the performance when the environment and the machine are completely characterized. Through these contributions, a prototype of digital twins has been created and it can serve as a basis for future research on the assistance of heavy machinery operators. This project also highlights an example of a digital twin applied to problems encountered by specialized workers.