La qualité de la récupération des minéraux et métaux de valeur contenus dans les minerais est fortement liée à la granulométrie des particules soumises au procédé d'enrichissement. La granulométrie est généralement contrôlée par les hydrocyclones du circuit de broyage. Une inspection détaillée de ces équipements n'est pas évidente; ce qui entraîne souvent une classification inefficace. L'objectif du projet est d'évaluer l'opération d'un hydrocyclone dans différentes situations anormales de fonctionnement causées par des bris mécaniques ou encore des conditions de surcharge. Les travaux avec un hydrocyclone en usine pilote ont fourni les données pour évaluer l'impact des anomalies sur la classification et permis de calibrer un modèle qui est capable de détecter un problème d'opération de l'hydrocyclone.

La séparation gravimétrique est probablement le plus ancien procédé utilisé pour la séparation des minéraux. Le type de séparateur gravimétrique analysé dans le cadre de cette étude est un classificateur hydraulique à lit dense. Ces appareils séparent les minéraux en fonction de leur dimension et de leur densité à l'aide d'un courant d'eau ascendant. L'objectif principal de la présente étude est de développer un modèle phénoménologique qui prend en compte les variables opératoires du classificateur et les dimensions de l'appareil. Le modèle mathématique développé a comme objectif d'aider les opérateurs à améliorer les procédés utilisant des classificateurs hydrauliques, en permettant la simulation de différentes stratégies de régulation et la conception des équipements pour des applications particulières. De plus, l'outil de simulation permet de prédire les états de variables non mesurées et/ou non mesurables comme la densité locale, la composition de la surverse, l'emplacement des interfaces, permettant ainsi d'être utilisé comme capteur virtuel. Toutefois, les montages industriels sont complexes à simuler, parce qu'ils opèrent à des régimes d'écoulement très turbulent tandis que certains des modèles mathématiques existants ne peuvent pas supporter de grandes variations de la concentration solide en fonction de la hauteur, en plus de généralement nécessiter des coefficients qui doivent être déterminés par des essais conduits en laboratoire, dans des conditions contrôlées. Or, pour que l'algorithme de simulation soit utilisable, peu importe les contraintes, il aura fallu introduire de nouveaux concepts pour la modélisation et la résolution du bilan de masse. Il est question, entre autres, de l'ajout de la vitesse de la pulpe, plutôt que celle du fluide, de l'estimation de la concentration solide maximale dans le lit fluidisé, de la prise en compte des caractéristiques de l'alimentation, et de l'estimation de la diffusion turbulente. L'algorithme développé dans nos travaux a été mis à l'épreuve en simulant et comparant les opérations d'appareils installés à l'usine de bouletage d'ArcelorMittal Canada et d'un montage de laboratoire installé à l'Université Laval. Ces équipements sont employés pour séparer les oxydes de fer de contaminants, composés majoritairement de quartz et de silicates de faible densité. / Gravimetric separation is probably the oldest process used by the mining industries for the separation of minerals. The type of gravity separator analyzed in this study is a dense bed hydraulic classifier. These devices separate minerals according to their size and density using a water stream. The main objective of the study is to develop a phenomenological model that considers the operating variables of the classifier and the physical construction of the apparatus. The model developed will be able to help operators improve existing processes by simulating different control strategies and design equipments. In addition, the algorithm can predict variables that are not measured such as the characteristics of the material inside the reactor such as local density, solids concentration, positions of the interfaces. However, the industrial reactors are complex to simulate because they operate at very turbulent flow regimes and some of the existing models cannot handle large solid variation within the reactor. The proposed models in the literature have coefficients that require parameters that need to be determined from tests conducted in the well-controlled environment of a laboratory. In order to develop the simulation algorithm, it was necessary to develop a new way of solving the mass balance and new concepts were introduced in the formulation of the model such as 1) using pulp velocity rather than the fluid velocity, 2) estimating the maximum solid concentration in the fluidized bed, 3) considering the feed characteristics, 4) estimating the turbulent diffusion as a function of the pulp velocity. The developed algorithm was tested by simulating and comparing the operation of hydraulic classifiers used at the ArcelorMittal Canada pellet plant and a laboratory set-up at Laval University. This equipment is used to separate iron oxides from contaminants composed mainly of silicon dioxides.

Depuis le début des années 80, les méthodes statistiques et, plus spécifiquement, les méthodes d'apprentissage appliquées au traitement de données textuelles connaissent un intérêt grandissant. Cette tendance est principalement due au fait que la taille des corpus est en perpétuelle croissance. Ainsi, les méthodes utilisant le travail d'experts sont devenues des processus coûteux perdant peu à peu de leur popularité au profit des systèmes d'apprentissage.<br />Dans le cadre de cette thèse, nous nous intéressons principalement à deux axes.<br />Le premier axe porte sur l'étude des problématiques liées au traitement de données textuelles structurées par des approches à base de noyaux. Nous présentons, dans ce contexte, un noyau sémantique pour les documents structurés en sections notamment sous le format XML. Le noyau tire ses informations sémantiques à partir d'une source de connaissances externe, à savoir un thésaurus. Notre noyau a été testé sur un corpus de documents médicaux avec le thésaurus médical UMLS. Il a été classé, lors d'un challenge international de catégorisation de documents médicaux, parmi les 10 méthodes les plus performantes sur 44. <br />Le second axe porte sur l'étude des concepts latents extraits par des méthodes statistiques telles que l'analyse sémantique latente (LSA). Nous présentons, dans une première partie, des noyaux exploitant des concepts linguistiques provenant d'une source externe et des concepts statistiques issus de la LSA. Nous montrons qu'un noyau intégrant les deux types de concepts permet d'améliorer les performances. Puis, dans un deuxième temps, nous présentons un noyau utilisant des LSA locaux afin d'extraire des concepts latents permettant d'obtenir une représentation plus fine des documents.

Les batteries Li-ion sont la technologie de référence pour l'électronique portable, et l'un des objectifs est le développement de cette technologie pour des applications demandant de fortes densités d'énergie, comme la traction. Ce travail, mené dans le cadre du projet Européen AMELIE- Green Car, porte sur deux aspects. Le premier concerne la synthèse et la caractérisation de nouveaux solvants et sels performants et pouvant être utilisés avec des matériaux à haut potentiel tels que LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2 ou LiNi0,4Mn1,6O4, en remplacement des électrolytes courants à base de LiPF6 et de carbonates, qui induisent une forte d'autodécharge et présentent des stabilités thermique et chimique insuffisantes. L'utilisation de carbonates, carbamates et sulfonamides fluorés en tant que solvants, permet d'obtenir, pour certaines des formulations évaluées, des performances comparables aux références commerciales, malgré des conductivités inférieures. De plus, la fluoration confère à ces molécules des stabilités thermique et électrochimique améliorées. En ce qui concerne les sels, plusieurs nouvelles structures ont été synthétisées et testées en combinaison avec des solvants commerciaux, avec des résultats intéressants du point de vue de la conductivité et du comportement électrochimique.La deuxième partie de ce travail concerne la mise en forme, par des procédés industriels, de séparateurs minces à base de polymères fluorés, qui présentent des performances comparables aux séparateurs commerciaux. Des membranes denses et poreuses ont été élaborées à partir de plusieurs grades de PVDF. Les membranes poreuses élaborées, présentant des taux de porosité élevés, montrent de faibles tenues mécaniques, deux stratégies de renfort ont ainsi été étudiées : la première via la réticulation des membranes après greffage de groupements polymérisables, la deuxième via l'incorporation de Cellulose Nano Cristalline (CNC), formant un réseau percolant permettant le renfort. Les deux méthodes ont donné des résultats prometteurs sur les membranes denses : le module de conservation augmente entre 2 et 5 fois à 25°C tout en conservant des performances électrochimiques intéressantes. Le transfert de ces propriétés aux membranes poreuses est encore à optimiser ; cependant un renfort partiel a été obtenu pour les membranes composites poreuses, ce qui en fait, en combinaison avec une bonne conductivité (largement au dessus de 1mS/cm) et porosité, des candidats attractifs pour des accumulateurs Li-ion à charge rapide. / Li-ion batteries have become the dominant power storage devices for portable electronics, and researchers are still at work to broaden their field of use to high energy density devices, like cars. Within the framework of the collaborative project AMELIE - Green car, this study articulates along 2 main axes. The first one deals with the synthesis and characterization of new fluorinated solvents and salts to replace, for the use with high potential materials such as LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2 or LiNi0,4Mn1,6O4, the commonly used LiPF6 and carbonate-based electrolytes, which suffer from a high self-discharge ratio, and an insufficient thermal and chemical stability. The use of fluorinated carbonates, carbamates, and sulfonamides as solvents provides performances as good as the commercial references, even if we register a visible loss in conductivity. Moreover, the fluorination provides these molecules with higher thermal and electrochemical stabilities. About the salts, several new structures of sulfonamide salts were synthesized and tested in combination with commercial solvents, with interesting results from the point of view of conductivity and the electrochemical stability.The second part of this study deals with the development of thin perfluorinated separators, which could compete with commercial references such as Celgard® separators and whose production could be easily up-scale. To do this, dense and porous separators were prepared from several PVdF grades. Since the porous membranes, the most promising for the battery applications, suffer from a relatively low mechanical strength, 2 reinforcement techniques were also evaluated: the first one consists in cross-linking the polymer after grafting of polymerizable groups; the second one consists in adding Nano Cristalline Cellulose (NCC) particles to form a reinforcing percolating network. Both methods give promising results with dense membranes: a 2- to 5-fold increase of storage modulus is observed at 25°C, in addition to interesting electrochemical properties. The transfer of these promising results to the porous membranes is still to be optimized, but a partial reinforcement was obtained for nano-composites porous membranes, while the good conductivity (still largely superior to 1 mS/cm) and porosity make them attractive options for high charge rate batteries.

La nouvelle loi canadienne sur l’amiante chrysotile décrétée par le gouvernement fédéral devrait entrer en vigueur au courant de l’année 2019 et les nouvelles normes environnementales qui en découleront nous forcent déjà à trouver des solutions pour réduire de façon significative l’impact environnemental et de revaloriser des résidus d’exploitation du chrysotile. Une des façons de réduire cet impact environnemental et revaloriser ce résidu consiste à concentrer la lizardite et l’antigorite comme matériaux générateurs de magnésium (Mg) et éliminer le chrysotile (cancérigène). Ces minéraux sont abondants dans les résidus miniers d’exploitation du chrysotile de l’ancienne mine Carey Canadian à East-Broughton dans le sud du Québec. La présente étude propose donc une revue des procédés de séparation physique des phases minérales serpentiniques et une étude détaillée sur la séparation gravimétrique par voie humide (hydrocyclonage/décantation) pour différentes classes granulométriques et une étape finale de séparation magnétique à sec pour l’extraction des minéraux magnétiques (magnétite) dans le concentré de la décantation. Les propriétés physiques, chimiques et minéralogiques du résidu initial ont été obtenues par tamisage grossier, par analyse de densité et surface spécifique, par fluorescence aux rayons X, par spectroscopie RAMAN, par MEB-EDS et par DRX. Les résultats les plus importants de cette étude sont qu’il est possible d’éliminer le chrysotile, sous forme de surverse, par hydrocyclonage en régime dilué (30% solides dans la pulpe) tout en concentrant la lizardite et l’antigorite (sousverse) avec des récupérations en Mg de l’ordre de 70 à 80 % en poids de Mg en sousverse. La séparation liquide-solide a été effectuée à 5 % de solides dans la pulpe et a permis d’augmenter la pureté du concentré d’hydrocyclonage (sousverse) avec des récupérations en Mg dans la sousverse variant entre 36 et 70 % partant des fines particules vers les grossières. La séparation magnétique a permis d’augmenter la pureté du concentré de décantation (sousverse) par l’extraction du fer. Ce qui a conduit à des récupérations croissantes en fer de 30 à 60 % à partir de particules grossières vers les fines. Les rapports Si/Mg et Fe/Si en fonction de la taille des particules pour les fractions non-magnétiques (concentrés) ont également été examinés dans une tentative d’estimation du fer résiduel présent par substitution intra-réseau Fe-Mg et Fe-Si dans les concentrés non-magnétiques. Mots clés: Hydrocyclone, Décantation, Séparation magnétique, Chrysotile, Lizardite, Antigorite. / Canada's new law on chrysotile asbestos is expected to come into force in 2019 by the federal government, and the resulting new environmental standards are already forcing us to find solutions to significantly reduce the environmental impact and revalorize chrysotile mining residues. One of the ways to reduce this environmental impact and enhance this residue is to concentrate lizardite and antigorite as magnesium (Mg) generating materials and eliminate chrysotile (carcinogenic). These minerals are abundant in the chrysotile mining tailings of the former Carey Canadian mine in East-Broughton in southern Quebec. The present study therefore proposes a review of the physical separation processes of serpentine mineral phases and a detailed study on wet gravimetric separation (hydrocycloning / decantation) for different granulometric classes and a final dry magnetic separation step for the extraction of minerals magnetic minerals (magnetite) in the concentrate of the decantation. The physical, chemical and mineralogical properties of the initial residue were obtained by coarse sieving, density and surface area analysis, X-ray fluorescence, RAMAN spectroscopy, SEM-EDS and XRD spectroscopy. The most important results of this study are that it is possible to eliminate chrysotile, in the form of overflow product, by dilute hydrocycloning (30% solids in the pulp) while concentrating lizardite and antigorite (underflow) with recoveries in Mg of the order of 70 to 80% by weight of Mg underflow. The liquid-solid separation was carried out at 5% solids in the pulp and made it possible to increase the purity of the hydrocyclone concentrate (underflow) with Mg recoveries in the underflow varying between 36 and 70% starting from the fine particles to the coarse ones. Magnetic separation made it possible to increase the purity of the settling concentrate (underflow) by extracting iron. This led to increasing recoveries of iron from 30 to 60% from coarse particles to fine ones. Si / Mg and Fe / Si ratios as a function of particle size for non-magnetic fractions (concentrates) were also examined in an attempt to estimate the residual iron present by intra-network substitution Fe-Mg and Fe- Si in non-magnetic concentrates. Keywords: Hydrocyclone, Decantation, Magnetic separation, Chrysotile, Lizardite, Antigorite.

Des membranes homogènes et danses préparées à partir d'un mélange de différents pourcentages massiques en polyéther-éther-cétone solfoné (SPEEK) et pollyimide (PI) puis de SPEEK-Na et PI ont été étudiées. Ces membranes ont montré une augmentation de la capacité d'absorption de l'acide acétique et surtout de l'eau. Cette augmentation de l'absorption est suivie d'une augmentation importante de la séparation acide acétique et eau en phase vapeur et d'une légère baisse de la perméabilité due à une diffusion du coefficient de diffusion par rapport aux membranes fabriquée avec du PI pur. Les résultats obtenus montrent que la teneur en composés organiques (matière carbonée) peut être réduite à moins de 140 ppm dans le perméat, ce qui correspond à une pureté de l'eau de 99,6 du perméat après la séparation membranaire. Il a été découvert que les propriétés physiques et séparatives de ces membranes dépendent du degré de sulfonation du SPEEK. Les membranes ont été caractérisées au moyen d'analyse élémentaires, de méthodes thermogravimétriques (DSC et DTG), de FTIR et par SEM.

Dans cette thèse, nous étudions des problèmes de transversaux d'un point de vue tant algorithmique que combinatoire. Etant donné un hypergraphe, un transversal est un ensemble de sommets qui touche toutes les hyperarêtes. Un packing est un ensemble d'hyperarêtes deux à deux disjointes. Alors que la taille minimale d'un transversal est au moins égale à la taille maximale d'un packing on ne peut pas dans le cas général borner la taille minimale d'un transversal par une fonction du packing maximal. Dans un premier temps, un état de l'art rappelle les différentes conditions qui assurent l'existence de bornes supérieures sur la taille des transversaux, en particulier en fonction de la taille d'un packing. La plupart d'entre elles sont valables lorsque la VC-dimension de Vapnik-Chervonenkis de l'hypergraphe, est bornée. L'originalité de la thèse consiste à utiliser ces outils d'hypergraphes pour obtenir des résultats sur des problèmes de graphes. Nous prouvons notamment une conjecture de coloration de Scott dans le cas des graphes sans-triangle maximaux; ensuite, nous généralisons un résultat de Chepoi, Estellon et Vaxès traitant de domination à grande distance; enfin nous nous attaquons à une conjecture de Yannakakis sur la séparation des cliques et des stables d'un graphe.Dans un second temps, nous étudions les transversaux d'un point de vue algorithmique. On se concentre plus particulièrement sur les problèmes de séparation de graphe où on cherche des transversaux à un ensemble de chemin. En combinant des outils de connexité, les séparateurs importants et le théorème de Dilworth, nous obtenons un algorithme FPT pour le problème Multicut paramétré par la taille de la solution. / In this manuscript we study hitting sets both from a combinatorial and from an algorithmic point of view. A hitting set is a subset of vertices of a hypergraph which intersects all the hyperedges. A packing is a subset of pairwise disjoint hyperedges. In the general case, there is no function linking the minimum size of a hitting set and a maximum size of a packing.The first part of this thesis is devoted to present upper bounds on the size of hitting sets, in particular this upper bounds are expressed in the size of the maximum packing. Most of them are satisfied when the dimension of Vapnik-Chervonenkis of the hypergraph is bounded. The originality of this thesis consists in using these hypergraph tools in order to obtain several results on graph problems. First we prove that a conjecture of Scott holds for maximal triangle-free graphs. Then we generalize a result of Chepoi, Estellon and Vaxès on dominating sets at large distance. We finally study a conjecture of Yannakakis and prove that it holds for several graph subclasses using VC-dimension.The second part of this thesis explores algorithmic aspects of hitting sets. More precisely we focus on parameterized complexity of graph separation problems where we are looking for hitting sets of a set of paths. Combining connectivity tools, important separator technique and Dilworth's theorem, we design an FPT algorithm for the Multicut problem parameterized by the size of the solution.

Cette thèse aborde le problème de cartographie de zones brûlées à partir d'images satellitaires haute résolution. Nos modèles reposent sur le traitement d'une seule image SPOT 5, acquise après le feu afin de détecter automatiquement les zones brûlées.<br />Le modèle est fondé sur les Séparateurs à Vaste Marge (SVM), une technique de classification supervisée qui a démontré une meilleure précision et une meilleure capacité de généralisation que les algorithmes de classification plus traditionnels. Concernant notre problème de détection, les différentes zones brûlées possèdent des caractéristiques spectrales assez similaires, au contraire des zones non brûlées (végétation, routes, eau, zones urbaines, nuage, ombre...) dont les caractéristiques spectrales varient énormément. Nous proposons donc d'utiliser les One-Class SVM, une technique qui dérive des SVM mais qui n'utilise que des exemples de pixels brûlés pour les phases d'apprentissage et de classification.<br />Afin de prendre en compte l'information spatiale de l'image, l'algorithme OC-SVM est utilisé comme une technique de croissance de régions, ce qui permet de diminuer les fausses alarmes et d'améliorer les contours des zones brûlées.<br />De plus, la base d'exemple de pixels brûlés nécessaire à l'apprentissage des techniques SVM est déterminée automatiquement à partir de l'histogramme de l'image.<br />Finalement, la méthode de classification proposée est testée sur plusieurs images satellitaires afin de valider son efficacité selon le type de végétation et la surface des zones brûlées. Les zones brûlées obtenues sont comparées aux vérités de terrain fournies par le CNES, Infoterra France, le SERTIT, les Services Départementaux d'Incendies et de Secours ou l'Office National des Forêts.

L'apprentissage statistique vise à prédire, mais aussi analyser ou interpréter un phénomène. Dans cette thèse, nous proposons de guider le processus d'apprentissage en intégrant une connaissance relative à la façon dont les caractéristiques d'un problème sont organisées. Cette connaissance est représentée par une structure arborescente à deux niveaux, ce qui permet de constituer des groupes distincts de caractéristiques. Nous faisons également l'hypothèse que peu de (groupes de) caractéristiques interviennent pour discriminer les observations. L'objectif est donc de faire émerger les groupes de caractéristiques pertinents, mais également les caractéristiques significatives associées à ces groupes. Pour cela, nous utilisons une formulation variationnelle de type pénalisation adaptative. Nous montrons que cette formulation conduit à minimiser un problème régularisé par une norme mixte. La mise en relation de ces deux approches offre deux points de vues pour étudier les propriétés de convexité et de parcimonie de cette méthode. Ces travaux ont été menés dans le cadre d'espaces de fonctions paramétriques et non paramétriques. L'intérêt de cette méthode est illustré sur des problèmes d'interfaces cerveaux-machines.

L'objectif principal de ce travail de thèse est de développer un score mesurant la pigmentation de la peau à partir d'images spectrales. L'objectif final est de construire un outil plus objectif et au moins aussi performant que les outils cliniques, dans l'évaluation de l'effet des traitements agissant sur l'hyper-pigmentation de la peau. Cet outil a pour vocation à être utilisé dans des essais cliniques. Le travail se focalise sur le mélasma qui est une pathologie pigmentaire symétrique due principalement à des troubles hormonaux et à l'exposition au soleil. Pour évaluer la sévérité de cette pathologie et son évolution sous traitements, deux types de classification sont proposés. Le premier concerne une classification binaire entre tissu sain et tissu pathologique. Le second consiste à définir différents niveaux de sévérité pour les tissus pathologiques. La première classification s'inscrit dans le cadre de la classification dans des espaces de grande dimension. Un outil de réduction de dimension associé à un algorithme de classification par séparateurs à vaste marge a été développé. Cet outil est issu d'une comparaison des techniques de poursuite de projection et de séparation de sources, ainsi que des méthodes d'automatisation pour estimer la dimension de l'espace d'arrivée, et l'estimation des différents groupes de bandes spectrales dans le cas de la poursuite de projection. La seconde classification vise à mesurer un critère clinique de sévérité de l'hyperpigmentation. Ce critère clinique comprend trois composantes : surface, contraste et homogénéïté. La composante de surface découle de la classification entre tissus sains et tissus pathologiques. Une méthodologie d'estimation de combinaison de bandes spectrales tenant conjointement compte de la signature spectrale et de la cinétique de l'effet d'un traitement sur toute une étude clinique est proposée afin d'obtenir un critère de contraste. Pour obtenir un critère d'homogénéïté spatiale, une approche fondée sur l'analyse multi-échelles de champs gaussiens et issue de la méthodologie du "statistical parametric mapping" est employée entre deux dates d'acquisition.