L'objectif de ce travail est d'étudier et de modéliser le comportement de l'azote pour un procédé de traitement résidentiel d'eau usée. Une unité pilote d'un système BionestMD traitant des eaux grises et noires installée dans les locaux de la compagnie produisant le procédé a été étudiée. Celle-ci comportait une fosse septique ainsi qu'un réacteur biologique à support fixe, dont une partie est aérée. La sortie de ce réacteur était en partie recirculée vers l'entrée de la fosse. Un suivi sur plusieurs semaines de plusieurs paramètres (DCO, NH₃/NH₄⁺, O₂...) a été effectué quotidiennement et/ou hebdomadairement sur chaque entrée et sortie ainsi que dans chaque étape du traitement. Le suivi a été réalisé à la fois en fonctionnement normal, en surcharge ainsi qu'en fonctionnement sans recirculation. La modélisation est quant à elle réalisée à l'aide du logiciel de simulation GPS-XTM. Les différentes étapes du traitement réel y sont représentées par un décanteur primaire (fosse) ainsi qu'un réacteur hybride, permettant la croissance fixe et suspendue (réacteur). Une étude de sensibilité a été réalisée pour cerner quels paramètres influencent le plus les prédictions du modèle. Celui-ci a par la suite été calé en comparant les résultats obtenus sur le pilote sous différents régimes à ceux simulés. Les résultats obtenus montrent que le système étudié élimine habituellement totalement l'azote ammoniacal, hormis lors des journées où la charge à traiter est particulièrement élevée. Les mesures de DCO ainsi que des MES effectuées à l'effluent du système ont également toujours été très faibles avec des moyennes de 16 et 3 mg/L (valeurs maximales de 58 et 6 mg/L), malgré des valeurs moyennes à l'entrée de 260 mg/L et 207 mg/L respectivement. Le modèle construit et calé montre également une bonne fidélité par rapport aux valeurs mesurées sur le pilote en sortie de chaque étape du traitement, avec une précision un peu moins bonne pour les nitrates. La modélisation semble donc pour le moment être un bon outil pour faciliter la compréhension et l'étude des performances d'un système de traitement résidentiel des eaux usées.

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.

Ce mémoire décrit un cadre pour l'élaboration et l'évaluation de politiques de pilotage des réseaux de création de valeur de l'industrie des produits forestiers. Il permet de déterminer la combinaison optimale de politiques de niveau tactique (production et distribution) et de politiques au niveau de l'exécution. Le cadre s’appuie, d’abord, sur le logiciel LogiLab qui permet de modéliser le réseau de l'industrie des produits forestiers et d'effectuer une optimisation mathématique afin de proposer un plan agrégé de production et de distribution. À partir de ce plan, on extrait des politiques de gestion des flux de production et de transport qui guideront au jour le jour les opérations au niveau opérationnel. Ensuite, les décideurs pourront proposer des politiques d'exécution (par exemple: règles à utiliser pour le chargement des camions). La combinaison de ces politiques est évaluée en utilisant un modèle de simulation à événements discrets, en utilisant le logiciel de simulation SIMIO, qui permet d'évaluer dans le détail ce que serait l'impact de la mise en œuvre de ces politiques.

La présente thèse présente le développement d'un premier modèle d'électrode poreuse pour une cathode Hall-Héroult ainsi que le développement de nouvelles méthodes numériques. Les nouvelles méthodes numériques sont l'implantation du critère d'électroneutralité par contrainte de type multiplicateur de Lagrange ainsi que l'application d'un équilibre thermodynamique ionique par la méthode de pénalisation. Une revue des divers processus physico-chimiques associés à la cathode est présentée. Le modèle d'électrode poreuse est développé avec une formulation ionique pour le bain comportant cinq espèces. Le modèle est développé avec une méthode d'homogénéisation pour le volume poreux. Les lois de transport sont formulées en fonction des concentrations ioniques. Les concentrations ioniques d'équilibre ont été calculées par un modèle thermodynamique simple formulé selon des données thermodynamiques empiriques. Le modèle prend en compte la migration, la diffusion et la convection des espèces ioniques. Les divers paramètres de transport ont été calés avec des mesures empiriques de conductivité conjointement aux concentrations ioniques d'équilibre. Le modèle prend en compte la réaction électrochimique de production d'aluminium au niveau des pores du carbone. De plus, un équilibre ionique est imposé entre certaines espèces. La méthode par éléments finis a été utilisée pour effectuer les calculs numériques. De nouvelles méthodes numériques d'implantation du critère d'électroneutralité et d'un équilibre ionique sont présentées. Les méthodes ont été utilisées avec succès et permettent d'éviter d'éliminer une équation de conservation. La méthode de pénalisation s'est avérée comparable aux méthodes d'élimination par le biais d'un terme source mais les résultats sont partiellement différents du modèle principal procédant par élimination d'équations de conservation. Certaines méthodes par élimination négligent en partie la contribution au transport provenant des termes associés aux équations de conservation éliminées. Par la suite, des résultats de simulation du début de l'électrolyse sont montrés. Le modèle donne des résultats conformes aux ordres de grandeur des mesures expérimentales.

Dans l'industrie de la fabrication de planchers de bois pour les remorques, la qualité d'un plancher est directement liée à la position relative des lattes de bois. Le procédé de fabrication actuellement en place chez notre partenaire industriel utilise une main-d'oeuvre abondante. Les planchers sont produits en continu et puisque les décisions de positionnement de lattes doivent se prendre très rapidement (chaque employé doit placer une latte à toutes les 1,5 seconde), même des employés d'expérience peuvent commettre des erreurs. Dans ce mémoire, nous proposons des méthodes rapides et efficaces pouvant être utilisées par un processus d'assemblage mécanique. Ces méthodes ont été utilisées pour assembler des planchers à l'aide de simulation par ordinateur. Par comparaison à l'assemblage manuel, qui produit des planchers ayant environ 5% de joints défectueux, nos méthodes d'assemblage produisent des planchers presque parfaits.

Contrairement à ce que décrivaient Fretwell et Lucas (1969) dans leur approche de distribution idéale libre, la sélection d’habitat est régie par un certain nombre de contraintes que prennent en compte les animaux chaque fois qu’ils se déplacent dans un paysage. Pourtant, ces contraintes sont rarement prises en compte dans les études de sélection des habitats, et leur évaluation est rare. Les modèles spatialement explicites, de plus en plus courants pour prédire les répartitions spatiales futures des populations animales, reposent donc le plus souvent sur des jugements experts à propos de paramètres tels que la résistance aux déplacements et l’horizon de perception. Enfin, la radio-télémétrie est la technique employée le plus communément pour récolter des données de déplacement, mais il s’agit d’une méthode coûteuse à laquelle d’autres alternatives existent. Cette étude a pour objectif de (1) développer une approche peu coûteuse permettant d’analyser des déplacements à partir de données de répartition spatiale, et (2) évaluer la valeur de deux paramètres (la résistance aux déplacements dans différents habitats et la résolution spatiale) intégrés dans les études de simulation appliquées à la martre d’Amérique (Martes americana). Les données ont été obtenues par pistage hivernal entre 2004 et 2008 à la forêt Montmorency, 70 km au Nord de Québec, Canada. Pour chaque année de données, j'ai défini 150 scénarios de résistance, basés sur trois résolutions spatiales (5 m, 25 m et 100 m), 10 résistances aux déplacements en milieu ouvert (facteur de 4 à 1000) et cinq scénarios variant en termes d'effet de lisière ou de coûts associés aux jeunes peuplements (11-30 ans). J'ai ensuite simulé des trajets au moindre coût avec un système d'information géographique (SIG). Les points d’intersection entre les trajets simulés et les transects suivis constituaient des pistes de martres simulées qui étaient comparées aux pistes réelles de martres pour évaluer la performance de chaque modèle de résistance. Dans 78 % des cas (45 % significatifs), les simulations ont mieux performé que le modèle nul correspondant (coûts égaux dans tous les habitats), suggérant que la structure en mosaïque du site d’étude limite les déplacements de la martre d’Amérique. Avec l’ajout d’un milieu intermédiaire (11-30 ans) entre le milieu ouvert (0-10 ans) et la forêt mature (> 31ans), le pourcentage de succès des simulations s'élevait à 93 % (53 % significatives), ce qui porte à croire que les milieux jeunes limitent davantage les déplacements que les forêts matures. De plus, toutes les simulations avec une résolution spatiale de 100 m étaient significativement plus performantes que le modèle nul, ce qui laisse supposer que l’horizon de perception de la martre était au moins de 100 m. Cependant, la performance des modèles variait peu d'un coût hypothétique à un autre (à l'intérieur d'un scénario), ce qui ne m'a pas permis d’estimer la résistance précise pour chaque type d’habitat. L’étude des déplacements à partir de données ponctuelles de répartition spatiale semble prometteuse, et pourrait livrer des résultats utiles dans des paysages fortement fragmentés. / In contrast to the ideal free distribution (Fretwell and Lucas 1969) framework, animals have to face numerous constraints when moving through landscapes. However, these constraints have rarely been integrated, let alone quantified, into habitat selection studies. Spatially-explicit models are increasingly used to make predictions about distribution of animal populations, but they are based on subjective estimations of movement parameters such as resistance to movement and perceptual range. Finally, most ecologists studying movements collect data by radio-telemetry, but this is an expensive method to which alternatives exist. The objectives of this study were to (1) develop an inexpensive approach to analyze movements from spatial distribution data, and (2) estimate value of two parameters (movement resistance and perceptual range) integrated in simulation models of American martens (Martes americana). Every winter from 2004 to 2008, marten tracks were located by snow-tracking. For each year, I designed 150 movement resistance scenarios differing by three spatial resolutions (5 m, 25 m, and 100 m), 10 resistance factors in open areas (range 4-1000), and five scenarios differing by edge effect and relative movement cost in young stands (age 11-30 y). With a Geographical Information System (GIS), ‘least-cost’ paths were generated across the study area, according to each cost scenario. Nearest-neighbor distances between points where simulated paths met transects and real marten tracks were used to assess simulation performance. In 78 % of cases (45 % significant), resistance scenarios performed better than corresponding null models (equal resistance in all habitats), suggesting that mosaic structure of our study area did limit movements of American martens. Adding intermediate movement values for young forests increased simulation performance to 93 % (53 % significant), suggesting that movement resistance in young stands was higher than in mature forest. All simulations with a pixel size of 100 m performed significantly better than null models, suggesting that marten perceptual range was at least 100 m. However, model performance was similar among hypothetical movement costs in the open (within scenarios), preventing a reliable estimate of relative movement cost in the open. Studying movements with snow-tracking data appears promising, and may yield useful results in highly fragmented landscapes.

Depuis plusieurs années, nous constatons l'augmentation de l'utilisation des techniques d'agents et multiagent pour assister l'humain dans ses tâches. Ce travail de maîtrise se situe dans la même voie. Précisément, nous proposons d'utiliser les techniques multiagent de planification et de coordination pour la gestion de ressources dans les systèmes de commande et contrôle (C2) temps réel. Le problème particulier que nous avons étudié est la conception d'un système d'aide à la décision pour les opérations anti-aérienne sur les frégates canadiennes. Dans le cas où plusieurs frégates doivent se défendre contre des menaces, la coordination est un problème d'importance capitale. L'utilisation de mécanismes de coordination efficaces permet d'éviter les actions conflictuelles et la redondance dans les engagements. Dans ce mémoire, nous présentons quatre mécanismes de coordination basés sur le partage de tâche. Trois sont basés sur les communications : la coordination centrale, le Contract Net, la coordination similaire à celle proposée par Brown; tandis que la défense de zone est basée sur les lois sociales. Nous exposons enfin les résultats auxquels nous sommes arrivés en simulant ces différents mécanismes. / The use of agent and multiagent techniques to assist humans in their daily routines has been increasing for many years, notably in Command and Control (C2) systems. This thesis is is situated in this domain. Precisely, we propose to use multiagent planning and coordination techniques for resource management in real-time \acs{C2} systems. The particular problem we studied is the design of a decision-support for anti-air warfare on Canadian frigates. In the case of several frigates defending against incoming threats, multiagent coordination is a complex problem of capital importance. Better coordination mechanisms are important to avoid redundancy in engagements and inefficient defence caused by conflicting actions. In this thesis, we present four different coordination mechanisms based on task sharing. Three of these mechanisms are based on communications: central coordination, Contract Net coordination and Brown coordination, while the zone defence coordination is based on social laws. Finally, we expose the results obtained while simulating these various mechanisms.

L'objectif des travaux présentés dans cette thèse est d'explorer de nouvelles méthodes numériques efficaces et robustes pour la résolution par la méthode des éléments finis des problèmes d'écoulements des fluides viscoélastiques pour des nombres de Weissenberg élevés. La motivation de cette étude provient en grande partie au fait que les fluides viscoélastiques sont à la base de nombreuses applications industrielles, notamment dans l'industrie des polymères, l'industrie des pâtes de papiers, l'industrie alimentaire, etc... Ces écoulements sont régis par un système d'équations aux dérivées partielles fortement non linéaire composé des équations de Navier Stokes (ou Stokes pour les écoulements lents) et d'une équation constitutive modélisant la contribution du polymère. Les rhéologues ont mis à la disposition de la communauté scientifique plusieurs modèles. Dans ce travail, afin de pouvoir effectuer des comparaisons avec les travaux effectués par d'autres chercheurs déjà disponibles dans la vaste littérature du domaine, nos simulations numériques ont été faites pour les modèles de Oldroyd-B, PTT et Giesekus. La méthodologie utilisée est toutefois assez générale. Une des difficultés majeures rencontrées dans la simulation numérique des fluides viscoélastiques est la perte de convergence des algorithmes pour des problèmes à faibles nombres de Weissenberg. Ainsi, dans l'optique d'améliorer la convergence des schémas numériques, nous nous sommes proposés de développer et d'implémenter de nouveaux algorithmes en nous basant sur la nouvelle formulation en logarithmique du tenseur de conformation. Cette formulation a été utilisée pour la première fois dans le contexte des fluides viscoélastiques par Fattal et Kupferman et al. (21). Par la suite, en nous inspirant de Coronado et al. (35), nous avons introduit deux autres formulations logarithmiques. La première est une variante de celle proposée par Coronado et al. (35) avec un traitement spécial pour le terme convectif. La deuxième formulation permet une linéarisation complète des équations pour la résolution par la méthode de Newton. Les deux méthodes que nous proposons ont l'avantage d'être relativement simple à mettre en oeuvre. Pour tester la robustesse de ces nouvelles formulations, quelques calculs ont été effectués pour le problème d'écoulement autour d'un cylindre et l'inévitable problème de la contraction 4:1 sur des maillages non structurés anisotropes obtenus par la stratégie générale de remaillage adaptatif développée au GIREF. Nous avons ensuite jugé utile d'appliquer cette nouvelle formulation logarithmique pour la résolution de quelques problèmes de surfaces libres. Nous avons étudié la présence des écoulements secondaires et leur influence sur la morphologie des écoulements complexes des problèmes multi-couches dans une filière. En effet, nous avons montré qu'il possible de résoudre des problèmes multi-couches dans une filière tridimensionnelle en résolvant un problème bidimensionnel de surface libre instationnaire seulement sur une section. Nous avons également traité un problème de cisaillement d'une goutte dans une matrice fluide. Il s'agit ici d'un écoulement régi par la tension superficielle. Le calcul des sufaces libres est rendu possible grâce à la méthode des surfaces de niveau (level set method). Cette méthode requiert la résolution d'une équation de transport pour trouver la nouvelle position de l'interface. L'interface constitue une zone de transition de largeur 2 ? des paramètres rhéologiques des deux fluides. Ces paramètres sont régularisés à l'interface pour éviter de gérer des discontinuités. Une technique de réinitialisation a été mise en oeuvre pour remédier à d'éventuels problèmes de conservation de masse. Ces techniques sont falicitées par l'introduction de la méthode de remaillage adaptatif. Celle-ci permet de concentrer les éléments dans l'interface permettant ainsi de faire les calculs avec une meilleure précision. Pour la résolution des équations hyperboliques, notamment l'équation constitutive, de transport et de régularisation de l'interface, nous avons utilisé la méthode de stabilisation de type SUPG. Il résulte de ces développements une méthode de résolution nettement plus performante que les méthodes classiques.

L'objectif de cette étude est de développer un simulateur d'un circuit de lixiviation de l'or afin d'évaluer les bénéfices de combiner la réconciliation de données, la commande et l'optimisation sur la performance technique et économique du circuit. Le modèle qu'utilise ce simulateur se base sur les bilans de conservation de matière des différentes espèces, tandis que les modèles de cinétique de dissolution du cyanure, de l'or solide et de l'oxygène sont empiriques. Des algorithmes de réconciliation de données ont été élaborés pour des régimes d'opération stationnaire et statique. La réconciliation de données stationnaire sert d'outil de filtrage pour alimenter les boucles de contrôle, alors que la réconciliation de données statique génère les données pour l'optimisation. La stratégie de commande développée fait appel à la rétroaction pour la régulation des concentrations de cyanure ainsi qu'à l'anticipation des perturbations comme les cyanicides. L'optimisation est effectuée en temps réel et calcule des consignes pour les contrôleurs en maximisant un critère économique. L'effet de la longueur de la fenêtre temporelle utilisée pour moyenner les données ainsi que la période d'actualisation des consignes sur la performance économique du circuit de lixiviation sont abordés. Le gain apporté par la combinaison de la réconciliation de données statique et de l'optimisation est aussi évalué.

Ce mémoire présente l'étude de faisabilité d'un simulateur numérique temps réel de convertisseur de puissance à pas multiple utilisant un circuit Field Programmable Gâte Array. Un faible pas de calcul est utilisé pour augmenter la précision de la simulation de l'électronique de puissance et des autres éléments hautes fréquences. La partie sans commutation du réseau étudié est simulée avec un pas de 50 us sur un PowerPC 405D5. La partie rapide, le convertisseur et la modulation de la largeur d'impulsion, utilise un pas de calcul de 5 \xs et est simulée par un circuit FPGA dédié. Le tout est réalisé dans un Virtex II Pro VP30 de Xilinx. Les résultats obtenus avec ce simulateur sont présentés et validés à l'aide de SimPowerSystems (MATLAB). L'effet du découplage entre la partie 50 u,s et la partie 5 p,s est observé. L'ajout d'éléments réactifs aux points de découplage permet de réduire cet effet.