The Gas Electron Multiplier (GEM) upgrade project aims at improving the performance of the muon spectrometer of the Compact Muon Solenoid (CMS) experiment which will suffer from the increase in luminosity of the Large Hadron Collider (LHC). After a long technical stop in 2019-2020, the LHC will restart and run at a luminosity of 2 10^34 cm^-2 s^-1, twice its nominal value. This will in turn increase the rate of particles to which detectors in CMS will be exposed and affect their performance. The muon spectrometer in particular will suffer from a degraded detection efficiency due to the lack of redundancy in its most forward region. To solve this issue, the GEM collaboration proposes to instrument the first muon station with Triple-GEM detectors, a technology which has proven to be resistant to high fluxes of particles. Within the GEM collaboration, the Data Acquisition (DAQ) subgroup is in charge of the development of the electronics and software of the DAQ system of the detectors.This thesis presents the work of the author as lead developer of the firmware for the front-end and back-end electronics. These developments have been performed from the ground up and designed to transfer data from the analog front-end to the off-detector electronics while offering extensive control and monitoring capabilities. The developed DAQ chain has been tested extensively during two test beam campaigns which provided results on both the stability of the system and the efficiency of the detectors. The results of these campaigns are described in the present thesis. Further characterization of the electronics is also described along with the procedures and tools built to qualify the components for their installation in CMS. Finally, the results of the irradiation tests performed on the on-detector electronics are presented. These allowed us to understand the effects of radiation on the electronic boards used for the GEM upgrade project and the impact that it has on the design of the firmware for CMS.Additionally, the work of the author on a new architecture for DAQ systems is described. The latter uses modified network topologies and novel web technologies to increase the available bandwidth on the network and yield an event-driven system. / Cette thèse de doctorat s'inscrit dans le projet de mise à niveau du spectromètre à muons du Compact Muon Solénoid (CMS) auprès du Large Hadron Collider (LHC). Après un arrêt pour maintenance prévu en 2019-2020, le LHC reprendra son programme de recherche à une luminosité de 2 $ imes$ 10^34 cm^-2 s^-1, soit deux fois sa valeur nominale. Ceci aura pour conséquence d'accroître le taux de particules auquel seront soumis les détecteurs de CMS et d'entraver l'efficacité de détection de ces derniers. Le spectromètre à muons de CMS sera tout particulièrement touché à cause du manque de redondance dans sa partie avant. Afin de palier à ce problème, il est proposé d'installer des détecteurs Gas Electron Multipliers (GEM) dans la première station à muons. La technologie GEM répond aux besoins de CMS en offrant une excellente efficacité de détection à de hauts flux de particules. Au sein de la collaboration GEM, le sous-groupe en charge du système d'acquisition de données (DAQ) doit développer l'électronique et les logiciels de gestion de la chaîne de lecture des détecteurs.Nous présentons ici le travail de l'auteur réalisé en tant que principal développeur du firmware pour l'électronique du système DAQ. Ces développements visent à créer une architecture qui achemine les données depuis l'électronique de lecture du détecteur jusqu'aux systèmes situés dans la zone de comptage, tout en offrant la possibilité de contrôler et surveiller l'ensemble des composants du DAQ. Le système mis en place a été largement testé durant deux campagnes de tests en faisceaux qui ont fourni des informations concernant la stabilité du DAQ ainsi que des mesures de l'efficacité des détecteurs. Nous décrivons également l'ensemble des travaux réalisés afin de caractériser les composants électroniques avant leur installation dans CMS ainsi que les résultats des tests d'irradiation effectués sur l'électronique du détecteur. Ces derniers permettent de mieux comprendre les conséquences des radiations sur le système et de développer des méthodes de mitigation.De plus, le travail de l'auteur sur la création d'une nouvelle architecture de système DAQ est décrit. Cette dernière combine les avancées récentes en terme de technologies web à une topologie de réseaux non-classique afin d'accroître la bande passante disponible et de créer un système réactif. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La Maurienne est soumise à un trafic routier et autoroutier intense qui traverse les Alpes par le tunnel du Fréjus. La pollution atmosphérique associée a été étudiée, au niveau local, à l’aide d’un maillage reposant sur deux approches complémentaires, biologique et chimique. Les propriétés de rétention des particules des aiguilles de Pinus sylvestris, Pinus nigra et Picea abies ont été utilisées pour réaliser un suivi spatio-temporel des émissions. Les dépôts ont été analysés par microscopie électronique à balayage couplée à la spectrométrie de rayons X. L’analyse a porté sur le Phosphore et les traceurs de pollution routière (Al, Ti, Fe). Il a pu être montré que les distances de dispersion particulaires dépassaient 300 m pour les axes routiers et plusieurs kilomètres pour le Phosphore. La pollution primaire azotée émise par les véhicules en circulation a été étudiée avec Molinia caerulea, poacée bioaccumulateur nitrophile. Sa capacité de croissance et d’accumulation de l’azote est liée aux émissions et à la densité du trafic. De plus, la composition isotopique de la Molinie (d15N) dépendant des oxydes d’azote véhiculaires permet d’envisager son utilisation comme bioindicateur. Ces données permettent de mieux comprendre l’impact potentiel du trafic sur les écosystèmes à proximité des grands axes de circulation. L’étude des niveaux et de la répartition de l’ozone troposphérique en vallée de Maurienne a été étudiée en 2004 et 2005 selon des méthodes biologiques et chimiques. Les résultats confirment l’efficacité du matériel biologique (tabac Bel-W3) et des capteurs chimiques dans la détermination des niveaux d'ozone aux basses altitudes. En revanche, une perte de sensibilité a été identifiée dans les conditions spécifiques de montagne qui limitent son utilisation au-dessus de 1000m. Ce travail, à travers différentes approches de la biosurveillance et un maillage dense de stations d’avoir une image réaliste de la pollution atmosphérique dans une vallée de montagne et de ses impacts potentiels sur les écosystèmes forestiers. / The Maurienne is subjected to a heavy traffic of lories and cars crossing the Alps through the Frejus tunnel. Atmospheric pollution depending on traffic has been studied using a dense net of biological and chemical sensors. The adhesive properties of plant cuticles of Pinus sylvestris, Pinus nigra and Picea abies were used for spatio-temporal analyses of emitted particles. Elementary composition of deposits was determined using SEM and Xray spectrometry. Analyses were focused on P and traffic tracers (Al, Ti, Fe). Results show that traffic particles can be transported as far as 300 m from the roads and highways while Phosphorus was detected at some kilometers from the factory. The poaceae Molinia caerulea was used for nitrogen pollution study. Leaf growth and nitrogen content were related to NOx levels and traffic density. Moreover, nitrogen isotopic composition (d15N) of leaves depend on exposure to traffic related nitrogen oxides. Taken altogether, results show that Molinia can be used as a nitrogen bioindicator and give information on the potential impact on mountain ecosystems in the vicinity of main roads and motorways. Both biological (tobacco Bel-W3) and chemical methods were used for determination of levels and distribution of tropospheric ozone in the Maurienne valley in 2004 and 2005. Results confirm the usefulness of both biological and chemical approachs for ozone levels determination at low altitudes. However, a sensitivity loss of ozone sensitive tobacco plants in hard mountainous conditions was characterized, limiting its use under 1000 m. This approach by the simultaneous use of several techniques and a dense network of stations give a realistic picture of the atmospheric pollution in a mountain valley and its potential impacts on forest ecosystems.

Ce travail de thèse rentre dans le cadre de la problématique générale, en plein développement actuellement, concernant l’exploitation des nanotechnologies pour le développement d’écomatériaux, dont les propriétés sont significativement améliorées et élargies. A cause de leur surface spécifique particulièrement élevée, l’ajout d’une infime quantité (de l’ordre du % par rapport au ciment) de particules nanométriques à une formulation d’un matériau cimentaire peut entrainer des modifications significatives des propriétés du produit. Ces modifications peuvent intervenir à tout niveau de maturation du matériau en impactant les propriétés correspondantes : état frais (rhéologie), jeune âge (cinétique de prise, retrait, fissuration) et état durci (propriétés mécaniques, thermiques et durabilité).Le principal travail de cette thèse a consisté à étudier l’impact de nano particules isotropes (nano silice) et anisotropes (nano argile) sur la rhéologie des matériaux cimentaires à l’aide d’un nouveau protocole : la rhéologie oscillatoire aux grandes amplitudes. De plus, l’impact de celle-ci sur le processus d’hydratation des matériaux contenant de hauts dosages en laitier de haut fourneaux a aussi été étudié. / This PhD gets in the larger topic of the use of nano-technology to develop eco-friendly materials whose properties are improved. Due to their very high specific surface, a very low quantity (only a few percent) of nano particles into a cement-based material can induce significant changes of materials properties. These changes can take place at every ages of materials such as fresh state (rheology), young age (kinetic of hydration, shrinkage) or long term (mechanical, thermal properties and durability). During this PhD, different types of nano particles are considered: isotropic (nano silica) or anisotropic (nano clay). The main objective is to consider the impact of nano particles on rheological properties considering a new rheological protocol: large amplitude oscillation shear (LAOS). Besides, interaction between nano particles and hydration products in the case of cement based material containing high dosage of slag is also considered. This study will help to understand how nano particles change material properties at fresh state and young age. Indeed, it is at these ages that materials properties are lower when cement is replaced by other material.

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

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

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

L'objectif de cette étude est de valider les mesures prises avec le système de Vélocimétrie par Images de Particules (PIV). Dans ce but, l'écoulement dans une conduite à section rectangulaire est ici étudié. Les résultats de Hussain et Reynolds (1975) et de Moser et al (1999) servent d'éléments de comparaison. Des mesures 2D de la totalité de la hauteur de la conduite furent faites avec le système PIV. Les nombres de Reynolds choisis pour ces mesures sont de 32300 et 42600. Les résultats montrent que l'écoulement observé ne semble pas pleinement développé. Par ailleurs, deux modes d'interrogation d'images sont testés, ainsi qu'une validation locale. Le mode d'interrogation qui donne les meilleurs résultats est la corrélation avec décalage des zones d'interrogation. Cependant, les deux modes d'interrogation, pâtissent de l'effet de " peak-locking ". Les structures turbulentes de petite échelle ne sont pas observées dans cette étude.

Cette thèse a pour sujet le développement d’un compteur gamma pour l’imagerie moléculaire. L’objectif principal du projet est de développer, à faible coût, un appareil compact comme outil pour l’obtention d’une quantification robuste de l’image. Celui-ci a été conçu pour caractériser la courbe temps-activité des patients, à savoir la concentration d’un radio-marqueur dans le sang en temps réel. Le prototype construit comporte donc un détecteur de gammas, une pompe péristaltique et un système d’acquisition. Le compteur gamma a été conçu à partir d’un détecteur à semi-conducteur CdZnTe commercial de 6 cm³, 20 x 20 x 15mm³, comportant une anode segmentée en 121 pixels. Cette anode demande un grand nombre de voies d’électroniques ; aussi son instrumentation ne s’inscrit pas facilement dans un design compact et peu coûteux. Une technique innovante d’instrumentation a été développée pour remplir ces objectifs en se basant sur la technique de grille coplanaire. L’anode étant segmentée en 11 x 11 pixels, les pixels des colonnes paires ont été reliés ensemble ainsi que ceux des colonnes impaires afin de former deux peignes imbriqués. Ce nouveau design d’anode virtuelle, nommé grille virtuelle coplanaire, est instrumenté avec une électronique maison. Pour piloter ce détecteur et faire le traitement du signal, la technologie des circuits logiques programmables, FPGA, a été choisie. Elle offre une grande latitude de développement et est aussi utilisée pour contrôler les autres éléments du prototype. Ce détecteur CdZnTe, dans sa nouvelle configuration d’anode virtuelle, affiche une efficacité intrinsèque de 34% à 662 keV avec une grande stabilité d’efficacité de détection (déviation, non significative, inférieure à 0,05%) et une résolution en énergie de 8%. Le prototype construit sur cette base a permis de mesurer la courbe temps-activité d’un patient lors d’un examen TEP avec succès. La sensibilité du prototype a été évaluée à 7; 1 cps=(kBq=ml) avec une activité minimum détectable de 2; 5 kBq=ml pour le 18F. Les performances spectroscopiques du prototype et la grande plage d’énergie couverte ouvrent des perspectives d’utilisation en tomographie d’émission monophotonique. Celui-ci peut aussi être adapté pour des études pré-cliniques chez le petit animal en modifiant le système de prélèvement. / The subject of this thesis is the development of a gamma counter for molecular imaging. The main objective of the project is to develop a low cost device with a compact design with the purpose of producing a robust quantification of a SPECT/PET image. The tool is designed to characterize the time-activity curve of patients, specifically the concentration of a radio marker in the blood in real time. The prototype consists of a gamma detector, a peristaltic pump and an acquisition system. The gamma counter is designed from a commercial CdZnTe semiconductor detector. It is a cubic crystal of size 20 x 20 x 15mm3, containing an anode segmented in 121 pixels. This anode requires a large number of electronic readouts, thus its instrumentation does not easily fit in a compact and low cost design. An innovative technique of instrumentation has been developed to solve this problem based on the coplanar grid technique. The anode being segmented into 11 x 11 pixels, the pixels of the even-numbered columns were connected together, as well as the pixels of the odd columns, to form intercalated bands. This new virtual anode design, named virtual Coplanar Grid, is instrumented with an custom-made electronics. To drive this detector and to process its signal, an FPGA technology was used. It offers wide flexibility for development and is also used to control the other elements of the prototype. The CdZnTe detector, in its new configuration of virtual anode, displays an intrinsic detection efficiency of 34% at 662 keV with a low standard deviation, a non-significant signal drift (< 0.05%) and a 8% energy resolution. The prototype built allowed to successfully measure the time-activity curve of a patient during a PET scan. The device achieves a sensitivity of 7:1 cps=(kBq=mL) with a minimum detectable activity of 2:5 kBq=mL for 18F. The spectroscopic performance of the prototype and the energy detection range open perspectives to be used in single photon emission computed tomography. It can also be adapted for preclinical studies in small animal by changing the sampling system.

Dans une société où les enjeux environnementaux sont devenus primordiaux et où les normes de construction durable sont de plus en plus exigeantes, la quête de matériaux innovants et écologiques pour les enveloppes de bâtiments est cruciale. Les matériaux biosourcés, notamment ceux à base de bois, sont perçus comme un remède universel à l'atténuation du potentiel de réchauffement climatique du secteur de la construction. Or, la ressource forestière est limitée et elle ne pourra pas répondre à tous nos besoins futurs. Les panneaux ondulés à base de bois se présentent comme une solution prometteuse pour relever ces défis, offrant la possibilité de concilier performance structurelle, durabilité et efficacité énergétique. Face à cette dynamique, cette thèse s'inscrit dans une démarche visant à explorer le potentiel des panneaux ondulés dans le domaine de la construction, en mettant l'accent sur leur caractérisation, la conception de solutions d'enveloppe et leur évaluation. En partenariat avec l'entreprise Corruven Inc., cette thèse commence par une analyse approfondie des propriétés hygrothermiques des panneaux ondulés à base de bois, fournissant ainsi une base solide pour la recherche ultérieure. Les résultats obtenus pour les gammes de panneaux CorrPack 1902, CorrShield 1904 et CorrShield 1910 Polyback permettent de mieux comprendre les avantages et les limites de ces matériaux par rapport aux options conventionnelles. Par exemple, les panneaux ondulés se distinguent par leurs formes, mais leurs performances hygrothermiques sont comparables à celles des matériaux traditionnels. Ces caractéristiques ouvrent la voie à de nouvelles possibilités de conception dans le domaine de la construction d'enveloppes de bâtiments. Forte de ces connaissances, cette thèse adopte une approche de conception itérative pour développer des solutions d'enveloppes de bâtiments innovantes. En intégrant des considérations hygrothermiques, mécaniques et architecturales, cette phase de recherche vise à repousser les limites des systèmes légers d'enveloppes traditionnelles. Les solutions PISOND et PISOND-D proposées offrent ainsi une alternative prometteuse, ouvrant la voie à des bâtiments plus durables et performants. Ces prototypes développés démontrent une meilleure résistance à l'indice de croissance des moisissures et une performance accrue sur d'autres critères comme l'épaisseur, le temps de fabrication, la quantité de matériaux déclassée, etc. par rapport aux enveloppes conventionnelles. Une part significative de l'étude est aussi consacrée à l'évaluation de la performance mécanique des prototypes développés. En se concentrant sur des aspects tels que la résistance à la compression et au cisaillement, cette évaluation permet de valider l'applicabilité des enveloppes fabriquées à partir de panneaux ondulés. Cependant, elle identifie également des domaines nécessitant des améliorations, notamment en ce qui concerne l'interface de collage et leurs comportements mécaniques. Ces résultats mettent en lumière les forces et les faiblesses des prototypes, fournissant ainsi des pistes pour des recherches futures visant à optimiser leur performance. En conclusion, cette thèse ouvre de nouvelles perspectives dans l'utilisation des panneaux ondulés à base de bois pour la construction d'enveloppes de bâtiments durables. Malgré les progrès réalisés, des défis subsistent, tels que l'amélioration de la résistance à l'humidité et la stabilité dimensionnelle des panneaux ondulés ou la résistance des interfaces de collage et le comportement mécanique des prototypes. Des recherches futures devraient donc se concentrer sur ces aspects, mais aussi sur l'analyse du cycle de vie des prototypes pour une approche plus holistique de leurs impacts environnementaux. L'étude de nouvelles applications potentielles, telles que l'utilisation des panneaux ondulés dans les planchers et les toitures ainsi que l'examen de leur performance dans diverses conditions environnementales ou selon différents types d'ouvertures représentent également des voies de recherche prometteuses pour l'avenir. Leurs industrialisations seront finalement des aspects à explorer pour une adoption plus large de ces solutions innovantes dans l'industrie de la construction. / In a society where environmental issues have become paramount and sustainable construction standards are increasingly demanding, the quest for innovative, eco-friendly materials for building envelopes is crucial. Biobased materials, especially wood-based ones, are seen as a universal remedy for mitigating the global warming potential of the construction sector. However, forest resources are limited and cannot meet all our future needs. Corrugated wood-based panels are a promising solution to these challenges, possibly reconciling structural performance, sustainability, and energy efficiency. Given this dynamic, this thesis explores the potential of corrugated panels in the construction field, focusing on their characterization, the design of envelope solutions, and their evaluation. This thesis, in partnership with Corruven Inc., begins with an in-depth analysis of the hygrothermal properties of corrugated wood-based panels, providing a solid basis for further research. The results obtained for the CorrPack 1902, CorrShield 1904, and CorrShield 1910 Polyback panel ranges provide a better understanding of the advantages and limitations of these materials compared with conventional options. For example, corrugated panels are distinctive in shape, but their hygrothermal performance is comparable to that of conventional materials. These characteristics open up new design possibilities in building envelope construction. Building on this knowledge, this thesis adopts an iterative design approach to develop innovative building envelope solutions. By integrating hygrothermal, mechanical, and architectural considerations, this research phase aims to push back the limits of traditional lightweight envelope systems. The proposed PISOND and PISOND-D solutions offer a promising alternative, paving the way for more sustainable, high-performance buildings. Compared with conventional envelopes, the prototypes developed demonstrate better resistance to mold growth index and improved performance on other criteria such as thickness, manufacturing time, the quantity of material downgraded, etc. A significant part of the study is also devoted to assessing the mechanical performance of the prototypes developed. Focusing on compressive and shear strength, this evaluation validates the applicability of envelopes made from corrugated panels. However, it also identifies areas requiring improvement, particularly with regard to the bonding interface and its mechanical behaviors. These results highlight the prototypes' strengths and weaknesses, providing avenues for future research aimed at optimizing their performance. In conclusion, this thesis opens up new perspectives on using wood-based corrugated panels to construct sustainable building envelopes. Despite progress, challenges remain, such as improving the moisture resistance and dimensional stability of corrugated panels, the strength of bonding interfaces, and the mechanical behavior of prototypes. Therefore, Future research should focus on these aspects and life-cycle analysis of prototypes for a more holistic approach to their environmental impact. Studying potential new applications, such as using corrugated panels in floors and roofs and examining their performance under various environmental conditions or different types of aperture, also represent promising avenues for future research. Their industrialization will ultimately be aspects to be explored for broader adoption of these innovative solutions in the construction industry.

La flottation industrielle est un procédé continu qui se déroule souvent en plusieurs étapes et dans lequel des particules d'une espèce de minéral donnée (généralement celles d'intérêt), présentes en différentes tailles, rencontrent une grande quantité de bulles de gaz (normalement de l'air) pour produire des agrégats bulles-particules minérales, qui sont extraits du dispositif de flottation (colonne ou cellule) en tant que produit de valeur (concentré). Le contenu en bulles est décrit par les conditions hydrodynamiques régnant dans le réacteur de flottation. Celles-ci sont reconnues pour leur influence sur la performance de la flottation. Ce projet de recherche porte sur deux sujets majeurs. Le premier est l'analyse de l’impact des particules solides sur les variables hydrodynamiques et l’effet de ces variables hydrodynamiques sur la récupération d’eau au concentré. Pour ce faire, l'effet du solide sur la distribution de la taille des bulles et le taux de rétention de l’air, ainsi que la corrélation entre la distribution de taille des bulles et le taux de rétention de l’air dans une colonne de flottation ont été étudiés. L'effet du taux de rétention de l’air, de la dimension des bulles et du taux surfacique de bulles (Sb) sur la quantité d’eau extraite au concentré a ensuite été analysé. Le second sujet traite de l'utilisation des variables hydrodynamiques pour la modélisation de la cinétique du procédé de flottation selon distribution granulométrique des particules introduites. La surface inter-faciale de bulle (Ib) est introduite à cet égard comme une variable hydrodynamique fournissant plus d'informations sur la distribution de taille de bulle que le taux surfacique de bulles qui est plus couramment utilisé. De plus, la corrélation entre la constante cinétique, la taille des particules et certaines variables hydrodynamiques a été analysée en utilisant une projection de structures latentes (PSL). Les résultats indiquent que l'importance relative des variables hydrodynamiques pour la modélisation de la cinétique de flottation dépend de la distribution granulométrique des particules. Finalement, les variables hydrodynamiques suggérées pour chaque classe granulométrique considérée ont été utilisées pour produire des modèles de régression mono-variable de la constante cinétique. / Industrial flotation is a continuous and often multistage process, where particles of a given mineral species (usually the targeted one), present in different sizes, encounter a large amount of gas bubbles (normally air) to produce mineral–bubble aggregates, which are removed from the flotation device (cell or column) as a valuable product (concentrate). The bubble content inside the cell is characterized by the prevailing hydrodynamic conditions (known as gas dispersion variables), which in turn are known to influence the flotation performance. This research project deals with two major topics. The first one is identifying the effect of mineral particles on hydrodynamic variables, and the effects of hydrodynamic variables on the final water recovery. For this purpose, the effect of solid particles on the bubble size distribution and gas hold-up, as well as the correlation between bubble size distribution and gas hold-up in column flotation were studied. It is followed by an assessment of the effect of the gas hold-up, bubble size and bubble surface area flux (Sb) on the amount of water reporting to the concentrate. The second topic deals with applying appropriate hydrodynamic variables for flotation modeling based on a given introduced particle size distribution. The interfacial area of bubbles (Ib) is introduced to address this issue as a hydrodynamic variable providing more information about the size distribution of bubbles than the commonly used bubble surface area flux. The correlation between the flotation rate constant and particle size as well as given hydrodynamic variables using a Projection to Latent Structures (PLS) has been analyzed. Results suggest that the relative importance of hydrodynamic variables for flotation rate modeling depends on the particle size distribution. Finally the suggested hydrodynamic variables for each of the various particle size-classes considered were used to produce single variable models for the flotation rate constant.