Actuellement, les médecins utilisent l'échographie pour visualiser la prostate lors de la biopsie. La technique actuelle de biopsie offre un taux de détection du cancer contenant entre 20 et 36 % de résultats faux négatifs, ce qui retarde le traitement du cancer. Ces faux négatifs sont causés en partie par le manque de perceptibilité sous échographie des tumeurs ayant un diamètre inférieur à 5 mm. L'imagerie par résonnance magnétique (IRM) pourrait résoudre ce problème puisque cette technique d'imagerie offre une meilleure résolution et une perceptibilité des tumeurs meilleures que celles obtenues avec l'échographie. Toutefois, l'intervention sous IRM est peu sécuritaire et peu ergonomique pour le médecin en raison de l'intense champ magnétique nécessaire à l'imagerie et de l'accès restreint au patient. Le présent travail présente le développement d'un prototype de manipulateur robotisé permettant aux médecins d'effectuer des interventions précises et rapides à la prostate à l'intérieur même du scanner IRM. Le manipulateur est conçu de manière à ne pas influencer ou être influencé par le champ magnétique de l'IRM, soutenir les forces induites par l'insertion de l'aiguille dans le patient, atteindre une cible avec précision et être suffisamment petit pour être introduit avec le patient dans l'IRM. L'architecture du manipulateur utilise une approche binaire moyennée élastiquement dans une architecture parallèle. Chacun des actionneurs compte seulement deux états discrets. Les actionneurs retenus sont des muscles pneumatiques en raison de la forte densité de force qu'ils génèrent. De plus, ces actionneurs permettent d'éliminer les joints complexes nécessaires à la construction de manipulateur parallèle en utilisant l'élasticité intrinsèque des actionneurs. Un prototype a été construit dans le but d'étudier l'erreur de positionnement obtenue avec le manipulateur et valider l'atteinte des requis cliniques. La justesse a été mesurée à 3,3 mm et la précision a été mesurée à 0,5 mm. La raideur a aussi été mesurée et atteint ~1,14 N/mm au bout de l'aiguille pour s'assurer que le manipulateur est en mesure de soutenir l'insertion d'aiguille sans trop dévier de la trajectoire prévue. Une preuve de concept de valve pneumatique compatible à l'IRM a été prototypée. La valve utilise un actionneur de polymère diélectrique rotatif en raison de la grande compatibilité à l'IRM de cette technologie. Les travaux montrent que la solution proposée est viable et très prometteuse. Le robot est simple, peu couteux et est capable de rencontrer les requis cliniques. Néanmoins, plusieurs travaux sont encore à faire sur le manipulateur, car seulement l'orientation de l'aiguille a été traitée. De plus, l'assemblage des muscles pneumatiques a été réalisé à l'aide de tubes offerts commercialement. Plusieurs modifications pourraient améliorer les performances du manipulateur, dont notamment, mouler les muscles pneumatiques.

La robotique actuelle est principalement limitée à des tâches de positionnement rapide d'outils. En effet, malgré beaucoup d'efforts de recherche et développement, les robots classiques ont peu de succès pour les tâches d'interaction avec des environnements incertains. De plus, la faible densité massique de puissance des systèmes d'actionnement classique (moteur électrique, réducteur et joint) est contraignante pour les robots mobiles et les mécanismes des véhicules où la masse est critique. Le laboratoire CAMUS explore une nouvelle architecture robotique qui consiste à remplacer les composants complexes (joints, roulements, engrenages, moteurs, etc.) par une structure flexible incluant plusieurs éléments actifs (muscles artificiels). Les avantages d'une telle architecture sont la légèreté, la redondance des actionneurs et la faible impédance passive, des atouts particulièrement intéressants pour la robotique et les mécanismes en aérospatiale. Cette approche est étudiée dans un premier temps en développant des robots constitués d'un corps flexible en polymère incluant plusieurs petits muscles pneumatiques intégrés. Ce mémoire documente le développement d'une méthode de contrôle adaptée à cette nouvelle architecture, car les méthodes classiques ne sont pas applicables. La méthode de contrôle proposée, le contrôle par vecteur d'influence, permet de contrôler une sortie vectorielle (multivariable), comme une position où une force, en recrutant des actionneurs selon leurs vecteurs d'influence sur cette sortie. La méthode ne nécessite pas de modèle analytique car les vecteurs d'influence sont identifiés expérimentalement, ce qui s'avère un atout majeur puisque qu'il est très difficile d'obtenir des modèles précis de systèmes cellulaires. Pour le contrôle en position, le contrôleur proposé utilise une approche probabiliste et un algorithme génétique pour déterminer la combinaison optimale d'actionneurs à recruter. Pour le contrôle de mouvements continus, le contrôleur utilise une approche par surface de glissement et une loi de contrôle indépendante pour chacun des actionneurs. La méthode de contrôle proposée est validée expérimentalement sur un robot prototype utilisant vingt muscles pneumatiques binaires intégrés dans une structure souple en polymère. Les résultats expérimentaux confirment 1'efficacité de la méthode et son habileté à tolérer des perturbations massives et des pannes d'actionneurs.

Les robots souples pourraient permettre une interaction homme-robot intrinsèquement sécuritaire car ils sont fabriqués de matériaux déformables. Les capteurs de mouvement adaptés aux robots souples doivent être compatibles avec les mécanismes déformables comportant plusieurs degrés de liberté (DDL) retrouvés sur les robots souples. Le projet de recherche propose des outils de conception pour ce nouveau genre de systèmes de capteurs de mouvement. Pour démontrer ces outils, un système de capteurs est conçu pour un robot souple existant servant pour des interventions chirurgicales guidées par imagerie. De plus, un algorithme de calibration utilisant des techniques d’apprentissage automatique est proposé pour les capteurs à plusieurs DDL. Un prototype du système de capteurs conçu est fabriqué et installé sur le robot souple existant. Lors d’essais expérimentaux, le prototype du système de capteurs atteint une précision moyenne de 0.3 mm et minimale de 1.2 mm.

Thèse (de maîtrise)--Université Laval, 2008. / Bibliogr.: f. 100-106. Publié aussi en version électronique dans la Collection Mémoires et thèses électroniques.

Dans la dernière décennie, la robotique souple a connu un gain de popularité considérable. Elle est, de façon inhérente, sécuritaire pour les humains et l’environnement qui l’entourent. Grâce à sa faible rigidité, la robotique souple est idéale pour manipuler des objets fragiles et elle est en mesure de s’adapter à son environnement. Les caractéristiques uniques de la robotique souple font de cette technologie un tremplin vers la conception d’appareils médicaux novateurs, plus particulièrement pour des outils permettant le positionnement d’aiguilles dans le but de faire des interventions percutanées, notamment au niveau du foie. Toutefois, la souplesse de cette technologie induit, du même coup, quelques désagréments. Elle procure un comportement sécuritaire, mais entraîne aussi un manque de rigidité limitant les applications de la robotique souple. Sans une rigidité minimale, il est impossible d’accomplir des opérations repérables et précises. La robotique souple a en fait un compromis majeur entre la capacité de chargement et la plage d’utilisation. Pour utiliser cette technologie dans le domaine médical, il est primordial d’ajouter un système permettant de moduler la rigidité du système pour inhiber ce compromis. Couplée avec un système de freinage granulaire, la robotique souple semble comporter l’ensemble des caractéristiques permettant d’accomplir des interventions au foie. Cette étude tend à démontrer que couplée à un système modulant la rigidité, la robotique souple peut être utilisée pour accomplir des opérations d’une façon précise et repérable, tout en demeurant sécuritaire. Le positionneur d’aiguilles développé est 100 % compatible avec l’Imagerie à Résonance Magnétique (IRM). La plage d’insertion du système permet de rejoindre l’entièreté du foie (1500 cm³), tout en maintenant une rigidité suffisante (3 N/mm) et en étant aussi précis que l’outil d’imagerie utilisée (1 mm). L’approche hybride consistant à développer un système activé de façon souple couplée à un module régulant sa rigidité permet d’obtenir à la fois les avantages d’une robotique compliante (souple) et conventionnelle (dure).

Il y a à l'heure actuelle un grand besoin en systèmes et composants agiles pour les dispositifs front-end RF. Dans cette thèse, deux approches innovantes sont développées pour la conception de tels dispositifs RF. Dans un premier temps, un mécanisme de reconfiguration micro-mécanique est développé. Cette approche vise à contrôler la hauteur d'un gap d'air inséré dans le substrat de composants microrubans afin d'en modifier les dimensions électriques. Les choix de conception et la fabrication d'un déphaseur à ligne micro-ruban ainsi que d'une antenne accordable en fréquence sont discutés. Une solution d'actionnement piézoélectrique basse tension (+/- 30 V) est retenue. La figure de mérite obtenue dans le cas du déphaseur atteint jusqu'à 313 °/dB ce qui dépasse l'état de l'art en matière de déphasage analogique. Dans le cas de l'antenne, le potentiel d'agilité en fréquence atteint 35 % autour d'une fréquence centrale de 55 GHz. Contrairement aux solutions classiques à base de semiconducteurs ou de RF-MEMS, ce mécanisme de reconfiguration n'impacte pas les performances de l'antenne dont l'efficacité de rayonnement est proche de 94 %. Dans un second temps, c'est un mécanisme micro-fluidique qui est étudié. L'agilité en fréquence d'antennes est créée par l'écoulement successif de liquides de permittivités différentes dans des micro-canaux intégrés au substrat. L'accord en fréquence atteint alors la très large ampleur de 51 % pour une fréquence centrale de 22 GHz. Cette étude s'accompagne de la recherche et caractérisation diélectrique de plusieurs fluides dans l'optique d'augmenter aussi bien la plage d'accord en fréquence que les performances de rayonnement des antennes / As wireless networks evolve, the frequency bands they exploit multiply. Frequency multiplexing, beamforming and tracking, networks interoperability, those mutations increase the need for agility and tunability in the RF-front end systems. In this thesis, two innovative approaches for the design of tunable RF components are studied. First, a micro-mechanical reconfiguration mechanism is developed. This approach means to control the height of an air gap within the substrate of microstrip components in order to control their electrical dimensions. Considerations for the design and fabrication of a phase-shifter and a frequency tunable patch antenna are made and a low voltage piezoelectric actuation (+/- 30 V) is chosen. The phase-shifter figure of merit reaches up to 312 °/dB which is beyond the state of the art in terms of analogic phase-shifting. Regarding the antenna, the frequency tuning potentially reaches up to 35 \% of a central frequency of 55 GHz. Unlike the classic solidstate or RF-MEMS based solutions, this reconfiguration mechanism does not impact the radiation performance of the antenna whose radiation efficiency is 94 \%. In a second approach, a micro-fluidic solution is studied. Frequency tuning capability is created in different antennas by the flow of successive liquids with different permittivities in integrated micro-channels. A large frequency tuning of 51 \% for a central frequency of 22 GHz is achieved. This study goes along with the search and characterization of several fluids with the objective of increasing both the frequency shift and the radiation performance of those antennas

L'objectif principal de la présente étude est de développer des encres à base de graphène présentant d'excellentes propriétés de stabilité, électriques et physiques pour l'électronique d'impression en utilisant des techniques de revêtement par pulvérisation et d'impression par jet d'encre. Premièrement, la comparaison des différents types de matériaux similaires au graphène a montré que la mousse de graphène (GF) présentait la plus grande surface spécifique avec une valeur de 2136 m2g-1. Par ailleurs, les nanoplaquettes de graphite (GNPs) et le graphite synthétique (SG) présentaient des structures hautement cristallines avec la présence d'un pic aigu et étroit (002) et de particules de haute qualité avec un rapport ID/IG inférieur. Deuxièmement, les résultats ont montré que la viscosité et l'angle de contact des encres conductrices augmentaient significativement avec l'augmentation des charges de GF, GNPs et SG dans un liant de vernis polyester (PV). L'incorporation de 10 % en volume de PNB a amélioré la conductivité électrique du PV de 186 %, et seulement 40 % pour la SG et 10 % pour le GF avec la même charge de remplissage. Ensuite, il a été constaté que les PNB dispersés dans l'éthylène glycol (EG) présentaient une meilleure stabilité avec une diminution de 85% de la concentration initiale après un mois, une viscosité et une mouillabilité supérieures à celles du propylène glycol (PG) et du 2-propanol (IPA). D'autre part, le GF dispersé dans un solvant mélangé IPA:EG avec un rapport de 1:1 n'a montré qu'une diminution de 50 % par rapport à la concentration initiale après un mois comparant à ceux des encres GNP dans le même rapport de mélange. Dans la dernière partie, l'encre hybride GF/poly(3,4-éthylènedioxythiophène) poly(styrène-sulfonate) (PEDOT:PSS) a montré une meilleure stabilité que l'encre hybride GF et l'encre hybride GF/nanoparticules d’argent (AgNPs) où l'encre a montré 30 % de réduction de concentration après un mois, 100 % d'amélioration en termes de conductivité superficielle à 50 couches imprimées et un facteur de gauge de 4.3. En conclusion, l'encre hybride imprimée GF/PEDOT:PSS a le potentiel d'être utilisée pour les applications de capteurs de contrainte. / The main aim of the present study is to develop graphene-based ink with excellent stability, electrical and physical properties for printing electronics by utilizing spray coating and inkjet printing techniques. Firstly, comparison on the different types of graphene-like materials showed that graphene foam (GF) exhibited the highest surface area with the value of 2136 m2g-1. Meanwhile, graphite nanoplatelets (GNPs) and synthetic graphite (SG) displayed highly crystalline structures with the presence of sharp and narrow (002) peak, and high-quality particles with lower ID/IG ratio. Secondly, results showed that viscosity and contact angle of the conductive inks increased significantly with increasing GF, GNPs and SG filler loadings in a polyester varnish (PV) binder. The incorporation of 10 vol.% GNPs improved the electrical conductivity of PV by 186 %, and only 40 % for SG and 10 % for GF at the same filler loading. Next, it is found that GNPs dispersed in ethylene glycol (EG) exhibited better stability with 85 % decrement of the initial concentration after a month, viscosity and wettability than those of propylene glycol (PG) and 2-propanol (IPA). On the other hand, GF dispersed in IPA:EG mixed solvent at ratio of 1:1 showed only 50 % decrement from the initial concentration after a month compared to those of GNPs inks at the same mixed ratio. In the last part, GF/poly(3,4-ethylenedioxythiophene) poly(styrenesulfonate) (PEDOT:PSS) hybrid ink exhibited better stability than GF ink and GF/silver nanoparticles (AgNPs) hybrid ink where the ink showed 30 % decrement from the concentration after a month, 100 % improvement in surface conductivity at 50 printed layers and gauge factor of 4.3. As a conclusion, printed GF/PEDOT:PSS hybrid ink has the potential to be used for strain sensor applications.

Le but de cette thèse était d’étudier des solutions innovantes pour la récupération d’énergie pour pouvoir alimenter de manière autonome les futurs capteurs et nœuds communicants sans fil de l’Internet des Objets (IoT pour Internet of Things). Le travail s’est focalisé sur des matériaux piézoélectriques souples et sur une approche composite et multiphysique. L’objectif est de récupérer de l’énergie à partir de déformations directes ou induites provenant de sources à la fois mécaniques et thermiques et en particulier de sources négligées jusqu’alors (lentes et de faibles intensités). L’idée maitresse est l’hybridation de plusieurs matériaux fonctionnels avec un cœur du système constitué par des microgénérateurs piézoélectriques (et pyroélectriques) imprimés nécessaires à la génération de charges électriques. L’originalité de ce travail est d’avoir réalisé un système de récupération d’énergie entièrement flexible, au format d’une carte de crédit et compatible avec de plus grandes dimensions, en utilisant des copolymères piézoélectriques de P(VDF-TrFE) sous forme d’encres. Ce matériau est flexible et particulièrement résistant, ce qui le rend attractif pour desapplications mettant en jeu formes complexes, notamment, courbes. Un autre avantage du copolymère de P(VDF-TrFE) est qu’il ne nécessite pas de pré-déformation mécanique comme pour le polymère PVDF et il commence à être aujourd’hui disponible sous forme d’encres pour l’électronique imprimée, ce qui simplifiera et réduira les coûts de fabrication à termes.En premier, nous décrivons le procédé de fabrication par sérigraphie des microgénérateurs en P(VDF-TrFE), suivi par les caractérisations ferroélectriques puis piézoélectriques des dispositifs. A cet effet, nous avons développé des techniques de mesures originales en circuit ouvert qui ont été testées et validées au préalable avec des échantillons dePVDF commercial. La dernière étape a été de réaliser un prototype de récupération d’énergie thermique flexible de faible encombrement (sans radiateur). Cela a été réalisé en hybridant les microgénérateurs précédemment fabriqués avec des feuilles d’alliages à mémoire de forme thermique à base de NiTi, qui est un matériau sensible à un seuil de température donnée.Les résultats phares de cette étude sont : 1) le dépôt multicouches de P(VDF-TrFE)combiné au dépôt d’une électrode souple en PEDOT:PSS, β) l’établissement des caractéristiques ferroélectriques et piézoélectriques en fonction de l’épaisseur de P(VDFTrFE) et enfin γ) la détermination d’un coefficient g31 supérieur à la normale avec0.15 V·m/N. Aussi, nous avons démontré la capacité de ces microgénérateurs à délivrer des tensions utiles de l’ordre de 10 V avec ici une densité d’énergie de proche de 500 μJ/cm3, ces valeurs étant limitées aux conditions de test utilisées.Nous concluons ce travail sur une preuve de concept fonctionnelle de récupérateur d’énergie thermique flexible apte à détecter ou utiliser des variations lentes et faibles de température à partir de sources élémentaires, produisant pour l’instant γ7 V (correspondant à95 μJ) à 65 ºC, et qui à termes pourront être l’air ambiant (chaud ou froid) ou la chaleur de la peau. / This work aims to study innovative solutions for energy harvesting applicable toautonomous wireless sensors for IoT (Internet of Things). It is focused on flexiblepiezoelectric composite materials and a multi-physical approach. The objective is to harvestenergy via strain-induced phenomena from both mechanical and thermal sources, andparticularly sources neglected so far (slow and low). The main idea is the hybridization ofdifferent functional materials with the core of the system being screen printed piezo/pyroelectricmicrogenerators, mandatory to generate electrical charges. The originality of thiswork is to realize large area flexible energy harvesting systems by using ink-basedpiezoelectric copolymers of polyvinylidene fluoride P(VDF-TrFE). This material is veryflexible and durable which makes it attractive for applications in systems with complexshapes. Another benefit of P(VDF-TrFE) is that it does not need to be pre-stretched as PVDFand it is now available in inks for printable electronics which can simplify and reduce theprice of the fabrication process.We first describe the fabrication process of the screen printed P(VDF-TrFE)microgenerators, followed by ferroelectric and piezoelectric characterizations. For thispurpose we have developed optimized methods in open-circuit conditions adapted for flexiblesystems tested and validated on commercial bulk PVDF. The last step was to realize a lowprofile thermal flexible energy harvester prototype (no radiator). It was done by hybridizationof the fabricated microgenerators and foils of shape memory NiTi-based alloy, which is afunctional material sensitive to a given temperature threshold.The key outcomes of this work are: 1) the successful deposition of multilayers ofP(VDF-TrFE) and organic PEDOT:PSS electrode, 2) dielectric, ferroelectric and directpiezoelectric constants reported as a function of film thickness, and 3) the g31 direct voltagecoefficient, measured for the first time, and showing the record value of 0.15 V·m/N. Also,we have demonstrated that in open-circuit conditions, the microgenerators can produce auseful strain-induced voltage of 10 V with an energy density close to 500 μJ/cm3, these valuesbeing limited by the experimental set-up.The concept of thermal energy harvesting composite based on thin film screen printedP(VDF-TrFE) microgenerators was realized and demonstrated to be effective. We concludewith a functional prototype of flexible energy harvester, able to detect non-continuous slowthermal events and producing 37 V (corresponding to 95 μJ) at 65 ºC.

En quoi l'absence d'intérêts économiques communs entre les pays membres de l'OCDE affaiblit-elle les nouvelles législations internationales basées sur le Soft Law en vue de lutter contre l'opacité financière et fiscale des centres financiers offshore ? L'optimisation fiscale consiste à utiliser les règles de droit pour réduire en toute légalité sa charge fiscale. Mais la frontière entre l'optimisation fiscale et l'évasion fiscale est ténue pour ne pas dire perméable. De plus en plus, les notions d'optimisation fiscale et de fraude fiscale ne font plus qu'une, tant les règles de droit sont facilement contournables et ses limites aisément franchissables. Ce phénomène est tout particulièrement avéré sur le plan de la fiscalité internationale. La problématique de cette thèse met en lumière les difficultés du Soft Law à réguler les centres financiers offshore, tant l'absence d'intérêts (économiques) communs semble flagrante entre les pays anglo-saxons et l'Europe continentale sur la question. Or l'intérêt commun (qu'il soit économique, culturel, sécuritaire, environnemental) constitue la clef de voûte du succès d'une législation basée sur le Soft Law à l'international. L'intérêt commun paraît inexistant voire inaccessible en matière de lutte contre l'optimisation fiscale, dès lors que celle-ci vise principalement à protéger le modèle social de l'état providence des pays d'Europe continentale. Une dichotomie de taille à l'heure où les pays anglo-saxons s'en écartent toujours plus. / How does the lack of shared economic interests among OECD member countries weaken new international laws-which are based on soft law-that aim to contribute to the fight against the financial and fiscal opacity of offshore financial centers? Tax optimization involves using the rules of law to legally reduce a tax burden. But the line that separates tax optimization and tax evasion is tenuous and one could even say porous al best. Increasingly, it indeed appears that the issues of tax optimization and tax-fraud are becoming one, as the rules of law can be easily circumvented and the limits easily crossed. This phenomenon is particularly evident in the field of international taxation. This thesis deals precisely with the issue of difficulties of Soft Law in regulating offshore financial centers. Indeed, the absence of common economic interests is blatant between the Anglo-Saxon countries and continental Europe on this issue, thus finding a common interest (that could be economic, cultural, environmental or security-related) appears to be key to the success of legislation based on Soft Law internationally. The common interest seems unattainable when it comes to combating tax optimization, since the main aim is to protect the social model of the welfare state in continental European countries. A dichotomy of size at the time when the Anglo-Saxon countries are increasingly lacking in such a model.

Le droit ne manque pas de principes et d’instruments pour régir les activités susceptibles d’avoir des incidences sur l’environnement. Pourtant, la migration du concept de nature ordinaire en droit n’est pas encore réalisée. L’intérêt pour les espèces communes et les espaces ne présentant pas de particularités scientifique, esthétique ou historique est surtout abordé par des disciplines voisines telles que la biologie de la conservation, la sociologie, la géographie ou bien encore la philosophie. En réaction à cette indifférence, la thèse propose d’éclairer l’appréhension juridique du concept de nature ordinaire, d’examiner les conditions de son institution et les processus qui en permettraient la consécration en tant que nouvel impératif de conservation. De cette manière, elle interroge profondément le degré de maturité du droit de l’environnement,l’appréhension juridique de la nature ordinaire mettant ce dernier à l’épreuve d’une structuration et d’une formulation plus écocentrées. La thèse aboutit à présenter des alternatives aux modalités profondément individualistes qui structurent l’architecture et le contenu de notre ordre juridique. À même de construire de nouvelles interdépendances socio-écosystémiques, l’appréhension juridique de la nature ordinaire réanime plus généralement des réflexions sur l’étude de l’organisation politique de l’État. L’enjeu de cette thèse est donc double. Elle vise à proposer des pistes de réforme du droit de l’environnement et elle ambitionne aussi d’établir durablement les impératifs environnementaux au cœur du contrat social. / The law in force does not lack principles and instruments to govern activities that may have an impact on the environment. However, the concept of ordinary nature has not been introduced yet. Interest in common species and areas’ without scientifical, aesthetical or historical features has been mainly addressed by neighbouring disciplines such as conservation biology, sociology, geography or even philosophy. In response to this indifference, the thesis proposes to shed light on the legal understanding of the concept of ordinary nature by looking at theconditions of its foundation and implementation that would allow it to be recognized as a new conservation imperative. By questioning environmental law’s fondements, the thesis submits a more ecocentric legal structuring. It presents alternatives to individualistic modalities that structure our legal order. By giving a hint at new socio-ecosystem interdependencies, the legal understanding of ordinary nature also triggers new ideas on the national political organization. Therefore, the issue is twofold. The thesis aims to improve avenues of reform aboutenvironmental law while also ambitioning to establish sustainable environmental requirements at the very heart of the social contract.