Dans ce mémoire on considère une ligne de production constituée de M machines et de (M-l) stocks tampons conçue pour traiter une séquence de N produits distincts. A chaque produit on associe un temps de mise en route et un temps de traitement sur chaque machine. Ces produits sont traités par lots de tailles connues. Les stocks tampons ont pour but de découpler les différentes machines dont la cadence varie d'un produit à l'autre. La capacité de chaque stock tampon est supposée connue. Un modèle de programmation a été utilisé pour déterminer la durée de traitement de la séquence. Un programme a été mis au point pour déduire les temps d'attente des produits de chaque lot sur chaque machine (famine, blocage et maintenance dans le cas de machines non fiables). Le modèle et programme développé permettent d'évaluer d'autres indicateurs de performances pour différents scénarii de production et de maintenance.

L'efficacité énergétique des bâtiments occupe une place de plus en plus importante dans la société. Afin de réduire la consommation énergétique des bâtiments, le mur solaire avec vitrage a été élaboré. Ce système est composé d'un vitrage placé devant un mur massif d'une grande absorptivité créant une cavité entre les deux. Le présent travail est divisé en deux parties revoyant chacune à un article scientifique. L'objectif principal de cette étude sera d'optimiser le mur solaire avec vitrage, afin de minimiser la charge de chauffage et de climatisation dans un bâtiment. Pour atteindre cet objectif, un modèle numérique a été réalisé dans le logiciel MATLAB™ permettant de simuler le comportement thermique du système et de déterminer la charge de chauffage et de climatisation requise pour maintenir les conditions intérieures confortables dans un bâtiment résidentiel. Le modèle numérique est validé grâce à des logiciels de simulation de bâtiments et des résultats obtenus dans un article scientifique. Une fois le modèle validé, des études paramétriques ont été faites afin d'étudier l'influence de différents paramètres du système sur la performance de celui-ci et de trouver les valeurs optimales. L'étude considère une période d'un an et utilise des données météorologiques pour la ville de Québec (Canada). Une optimisation des paramètres géométriques à l'aide de routines d'optimisation de MATLAB™ a été faite. Un design optimal du mur solaire avec vitrage est également proposé.

L'objectif principal de ce mémoire est de contribuer à la compréhension du phénomène des oscillations en tangage d'une aile rigide montée sur support élastique. Ces oscillations sont observées dans une plage de nombres de Reynolds associés à l'ordre de grandeur de la transition des couches limites pour cette géométrie : 5 x 10⁴ < Rec < 1.2 x 10⁵. Ces travaux expérimentaux réalisés par l'équipe du professeur Poirel au Collège militaire royal ont montré que, dans la configuration nominale, les ordres de grandeur de l'amplitude et de la fréquence des oscillations sont respectivement de 5 et 3 Hz. Afin de contribuer à l'étude phénoménologique de ces oscillations aéroélastiques, une campagne d'essais expérimentaux ciblés a été réalisée à l'automne 2008 dans la soufflerie du Collège militaire royal. Des résultats exposant les effets de l'inertie de l'aile ainsi que du déclenchement de la transition de la couche limite sur l'amplitude et la fréquence des oscillations ont été analysés. Par ailleurs, des simulations numériques de l'écoulement et de la dynamique de l'aile ont été réalisées à l'aide du code commercial Fluent. Ces résultats montrent entre autres l'importance du décollement partiel de la couche limite laminaire qui correspond à une couche cisaillée soumise à l'instabilité de Kelvin-Helmholtz. Au niveau quantitatif, les simulations prédisent l'amplitude et la fréquence des oscillations avec le bon ordre de grandeur. Pour une étude permettant de produire des résultats plus précis au niveau quantitatif, une approche du type RANS avec modèle de transition ou encore une approche LES seraient envisageables.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2011-2012 / Ce mémoire présente la méthodologie et les résultats d'une étude numérique portant sur la modélisation et l'optimisation d'un système de chauffage par panneaux radiants hydroniques à faible masse thermique. L'objectif principal du projet est de fournir des données et de proposer des solutions au problème d'optimisation des performances énergétiques et du confort de tels systèmes. L'évolution du processus d'optimisation entrepris passe d'abord par une analyse détaillée de la modélisation du système, au terme de laquelle sont créés des modèles représentant la géométrie réelle des panneaux. Entre autres, un modèle semi-analytique est développé pour les panneaux avec configuration de tubes en serpentin et un modèle de volumes finis est développé pour les configurations de tubes en spirale. Les modèles choisis offrent la possibilité d'imposer des propriétés et des taux de transfert de chaleur non uniformes afin de représenter adéquatement la réalité lors d'un couplage avec l'environnement. Ces modèles servent ensuite à identifier l'effet de plusieurs paramètres de conception sur les performances énergétiques des panneaux radiants, d'abord dans un contexte découplé de l'environnement. Finalement, le problème complet du confort et de la demande énergétique de ces systèmes en climat hivernal québécois est traité dans la dernière partie du projet. Cette étape présente le couplage d'un modèle de dynamique des fluides numériques (DFN) avec le modèle semi-analytique de panneaux radiants pour tubes en serpentin développé préalablement. Le tout est intégré dans une pièce typique d'un bâtiment résidentiel afin d'analyser l'effet de la température d'entrée du fluide caloporteur ainsi que du positionnement et du dimensionnement des panneaux. Le modèle de DFN calcule les champs de vitesse de l'air, de température et de rayonnement dans la pièce pour fournir des valeurs locales du coefficient de transfert de chaleur au modèle de panneau radiant. Cette méthodologie permet de considérer le système de panneau radiant intégré à son environnement pour en optimiser les caractéristiques en regard du confort et de la performance énergétique.

À une époque où l'efficacité énergétique est une préoccupation grandissante, la récupération de chaleur est d'importance primordiale. Pour cette raison, les échangeurs de chaleur sont souvent utilisés afin de transférer de la chaleur d'un fluide à haute température vers un fluide à basse température. Lorsque la chaleur n'est pas récupérée, elle doit-être ajoutée (ou enlevée) par une source externe, ce qui induit un certain coût. Malheureusement, la prolifération de ces appareils est limitée en raison de certains aspects technoéconomiques. L'obstacle majeur à surmonter par les échangeurs de chaleur dans maintes applications est la formation d'encrassage, plus particulièrement de givre, sur les surfaces d'échange. Ces formations diminuent l'efficacité de l'échangeur de chaleur ainsi que sa viabilité économique, en réduisant les économies monétaires envisagées et en augmentant les coûts d'entretien et de nettoyage. Ce document propose deux designs novateurs d'échangeurs de chaleur qui sont définis et testés analytiquement et numériquement. Cette analyse permet tout d'abord de comparer leur capacité à échanger la chaleur en absence de conditions d'encrassement à celle d'un échangeur de chaleur bien connu et de dimensions similaires et ensuite d'établir leur résistance à l'encrassement dans toutes ses formes. On a constaté que les deux designs ont des capacités d'échange de chaleur similaires à celle de l'échangeur de chaleur de référence. De plus, les équations analytiques gouvernantes utilisées afin de déterminer l'efficacité sont, pour la plus grande part, identiques pour les trois designs. L'analyse montre aussi que les deux designs sont résistants théoriquement à l'encrassement et démontre même une augmentation (dans la plupart des cas) de la chaleur transférée lorsqu'il y a changement de phase.

La main humaine possède une architecture qui lui permet d'être largement étalée, de se replier sur elle-même ou de se refermer sur un objet en adoptant la forme de celui-ci. La combinaison de tous ces éléments crée un mécanisme de 28 degrés de liberté si nous considérons l'action du poignet. La perte d'un tel instrument est dramatique car la reproduction artificielle d'un mécanisme aussi complexe pose plusieurs problèmes. Le nombre de pièces mécaniques qui doivent être conçues et assemblées dans un volume très restreint, le poids d'un tel assemblage qui est d'autant plus important car le mécanisme est littéralement porté à bout de bras toute la journée et la source d'énergie suffisante pour l'opération de ce mécanisme pendant une période suffisante sont que quelques uns de ces problèmes. Plusieurs solutions à la perte de la main ont été proposées par les chercheurs oeuvrant dans le domaine de la prothèse . Ces solutions vont de la plus simple prothèse à crochet à une main robotisée mettant à profit les dernières avancées technologiques. Cependant, toutes ces solutions ont une chose en commun : elles ne remplacent pas parfaitement la main humaine. Les mécanismes sous-actionnés s'avèrent une alternative intéressante. Un mécanisme sous-actionné possède au moins un actionneur qui agit sur plus d'une liaison mécanique. Ce type de mécanisme est parfait pour prendre la forme d'un objet autour duquel il se referme. La théorie du sous-actionnement nous permet de comprendre le fonctionnement de ce mécanisme. Un doigt sous-actionné a été développé sur le principe du tendon et poulies et afin d'optimiser sa conception et de s'assurer d'obtenir une séquence de fermeture désirée un modèle mathématique du mécanisme a été élaboré. L'effet de la gravité est rajouté au modèle qui tient compte de l'orientation spatiale de la main.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2012-2013. / Ce mémoire présente une étude numérique du phénomène d'oscillations auto-induites d'une aile rigide montée sur un support élastique. Ces oscillations ont été rapportées expérimentalement au Collège Militaire Royal du Canada par l'équipe du professeur Poirel. Ils ont montré que le phénomène a lieu dans une plage de nombres de Reynolds spécifique où la transition de la couche limite peut survenir : 5 x 10⁴ < Rec < 1.3 x 10⁵. Des oscillations en tangage seulement ainsi qu'en tangage et pilonnement ont été observées. Les oscillations en tangage seulement ont une amplitude d'environ 5 degrés et une fréquence aux alentours de 3 Hz. Les oscillations en tangage et pilonnement ont des amplitudes de tangage pouvant atteindre 65 degrés selon la rigidité structurale et des fréquences allant de 3 à 5 Hz. Le phénomène a été étudié ici par la mécanique des fluides numérique. Le code libre OpenFOAM utilisant la méthode des volumes finis a été utilisé pour simuler le problème aéroélastique. Dans le cas des oscillations en tangage, une très bonne comparaison entre les résultats numériques et expérimentaux a été obtenue. L'utilisation d'un modèle de transition a entraîné une amélioration par rapport aux simulations numériques réalisées dans le passé et a contribué à mieux élucider la physique en jeu. La séparation de la couche limite laminaire étant le mécanisme déclencheur du phénomène, ces oscillations sont appelées flottement de séparation laminaire. L'impact de 1' intensité turbulente de 1' écoulement sur les oscillations a été étudié et s'est révélé jouer un rôle très important: un haut niveau empêchant l'apparition des oscillations. Le caractère secondaire du rôle joué par les structures d'écoulement à haute fréquence a été démontré ainsi que les différents mécanismes de dissipation d'énergie en jeu. Les oscillations auto-induites en tangage et pilonnement combinés ont également été simulées. La comparaison entre les résultats numériques et expérimentaux n'est pas aussi bonne que dans le cas de oscillations en tangage, mais des tendances similaires sont tout de même observées. Lorsque la rigidité structurale en pilonnement est petite, des oscillations de faibles amplitudes en tangage et pilonnement sont obtenues, tel que dans le cas en tangage pure. Lorsque la rigidité structurale est grande, d' importantes amplitudes de tangage sont obtenues qui s'avèrent du même ordre de grandeur que celles observées en expérimental. Ces oscillations diffèrent du cas en tangage puisqu'elles sont caractérisées par un flottement de coalescence plutôt qu'un flottement de séparation laminaire.

Les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse ont été initiés à partir d'une problématique formulée par un constructeur d'équipements qui souhaite offrir à son client une période de garantie sur tous les vices de conception et de fabrication ainsi que des options sur les services de maintenance durant toute la vie utile de l'équipement. Les services de maintenance comprennent des inspections pour évaluer l'état de dégradation de l'équipement, des actions de maintenance correctives (réparation minimale, remise à neuf, etc.) consécutives à des défaillances accidentelles et des actions de maintenance préventive qui remettent l'équipement à l'état neuf ou qui le rajeunissent. Un coût est associé à chaque action de maintenance. Le constructeur est parfaitement conscient que, pour réussir à vendre ses équipements, il faut que le coût associé à chaque option soit attrayant pour son client. Il se doit alors d'établir le prix de vente de l'équipement, la durée de la garantie et le niveau de fiabilité des sous-systèmes et de leurs composants. Ces recherches ont débouché sur trois contributions principales. Un modèle d'évaluation du profit total moyen par unité de temps d'un contrat de maintenance pour un équipement dont l'état ne peut être connu qu'après inspection, est proposé. Le modèle développé permet de déterminer, à partir d'une distribution de probabilité des durées de vie de l'équipement et de la structure des coûts, les instants où les inspections doivent être effectuées ainsi que le profit correspondant en tenant compte de la période de garantie offerte sur le marché pour des équipements similaires. La seconde contribution porte sur le développement d'un modèle d'affaires pour un partenariat client-fournisseur avec garantie et soutien logistique intégré pour des équipements assujettis à des défaillances aléatoires. En se basant sur les caractéristiques de dégradation de l'équipement, sur les coûts associés à la fabrication, au rodage, à l'installation, à la période de garantie et à la fréquence et contenu de la maintenance de l'équipement durant la période de garantie et de post-garantie, le modèle développé permet de déterminer, conjointement et de façon quasi optimale, la conception de l'équipement ainsi que la périodicité des remplacements préventifs qui minimisent son coût total moyen sur sa durée de vie utile pour une période de garantie donnée. Finalement, un modèle analytique est développé pour déterminer le triplet optimal (prix, fiabilité, période de garantie) qui permet de maximiser le profit total généré par un équipement vendu avec un contrat de service incluant les activités de maintenance correctives et préventives pour un cycle de vie donné. Quatre options de service ont été considérées et cela en fonction de la période de couverture et de la nature des activités de maintenance à externaliser. Le modèle proposé prend en compte le fait que les coûts associés aux actions de maintenance diminuent avec l'expérience. Le triplet optimal est déterminé dans le cas où le prix de vente et la garantie sont indépendants du temps et dans le cas d'un marché dynamique où les deux variables dépendent du temps. L'approche de modélisation et de traitement, analytique et numérique, mis au point dans cette thèse, peut être utilisée pour développer des outils d'aide à la décision dans un contexte d'affaires différent notamment dans le cas où la protection de l'environnement et le développement durable sont pris en considération.

Ce mémoire expose les différentes opportunités d'implantation de matériaux à changement de phase (PCM) dans des zones thermiques intégrées à des bâtiments. Les avantages inhérents à l'emploi de PCM sont analysés dans l'optique de réduction de la consommation d'énergie dans les systèmes CVAC (Chauffage, Ventilation et Air Conditionné). Le travail est divisé en deux parties renvoyant chacune à un article scientifique. Le premier article analyse les impacts et les bénéfices de galvaniser la masse thermique d'une zone en y incluant des PCM. L'étude illustre en premier lieu l'influence prépondérante de l'inertie thermique sur les performances thermiques de la zone, et les possibilités d'optimisation qui en découlent. L'ajout de PCM dans la zone est ensuite formellement optimisé pour deux cas de figure distincts, à savoir l'imposition de conditions climatiques idéalisées ou réelles à la zone. Pour ces deux contextes, on démontre qu'intégrer à la surface de la zone une quantité de PCM correspondant à une fraction de son épaisseur, à une température de fusion d'environ 26°C, augmente significativement les performances de la zone (20% en moyenne). Les calculs sont effectués selon trois fonctions objectives différentes, dont la complexité et la perspective d'optimisation varient. Le chapitre suivant, où le deuxième article est présenté, étend l'analyse décrite ci-dessus à une zone tridimensionnelle. Autrement dit, il est possible d'intégrer du PCM sur le plancher, les murs, le plafond et la façade de la zone à l'étude. Les dimensions, la fenestration, la composition et l'orientation de la zone sont entièrement modulables ; dans le cadre de ce chapitre, l'analyse est restreinte à un cas particulier et démontre que si elle est judicieusement incluse, une faible quantité de PCM peut avoir des retombées énergétiques considérables sur les performances thermiques de la zone. À l'inverse, certaines configurations où l'on inclut du PCM s'avèrent peu performantes et même en deçà des résultats observés sans PCM. Ce travail conjugue une compréhension fondamentale des PCM avec une analyse scientifique rigoureuse, de manière à montrer l'étendue du potentiel de ces matériaux.

Ce mémoire examine la faisabilité d'une stratégie de maintenance à domicile des aides à la mobilité attribuées à des personnes ayant une déficience physique. Les aides, visées dans ce mémoire, nécessitent des actions de maintenance pour les remettre en état suite à une défaillance (maintenance corrective) ou pour les maintenir en état d'opération, et ce, d'une manière préventive. Au Québec, des centres techniques affiliés à la Régie dAssurance Maladie du Québec (RAMQ) assurent l'évaluation des besoins des personnes, l'attribution et la maintenance de l'aide technique appropriée. Les coûts de ces opérations sont supportés par la RAMQ selon des barèmes préétablis. Les actions de maintenance sont, en grande partie, de type correctif. En cas de défaillance, totale ou partielle, d'une aide technique, l'utilisateur communique avec le centre technique le plus proche pour obtenir un rendez-vous. Il doit ensuite organiser le transport (aller-retour). Cette opération n'est pas toujours simple ni pratique notamment dans le cas où le transport doit être effectué par un véhicule spécialisé et dans le cas où le propriétaire doit respecter d'autres consignes ayant trait à une médication éventuelle. En se basant, notamment, sur les travaux publiés sur l'analyse des différents processus d'attribution et de maintenance d'aides techniques, notamment à l'Institut de Réadaptation en Déficience Physique de Québec (IRDPQ), et sur des travaux récents traitant des soins à domicile, le mémoire traite des différents éléments devant être pris en considération pour l'évaluation des impacts techniques, économiques et sociaux de la mise en place d'un service de maintenance à domicile pour une clientèle ciblée. Il fait état d'outils d'analyse et d'aide à la décision pour la mise en place d'un service de maintenance à domicile. Le contenu de ce mémoire peut servir de base pour la validation de la pertinence d'une stratégie de soin à domicile. S'agissant d'un exercice qui exige une analyse de données concernant des personnes, et dont l'accès est protégé, le mémoire fournit quelques indications sur la façon de procéder.