Ce travail de recherche a pour objectif de caractériser les pièces de la roue et de la trompette d’une turbine bulbe à partir d’un modèle réel. Suite à la reconstruction du modèle numérisé de la roue, cette géométrie sert de base pour le développement d’une aube instrumentée pour des mesures de pression. Un appareil de mesure laser sans contact est utilisé conjointement avec un bras de mesure portable de précision afin de récupérer les géométries du modèle sous forme de nuages de points. Ils sont ensuite traités dans un modeleur 3D afin d’obtenir la géométrie numérisée. Des analyses de déviations sont effectuées pour valider les modèles informatiques, quantifier les déviations et le respect de la norme CEI60193 par la roue. Une aube de roue instrumentée avec capteurs de pression embarqués est finalement développée pour investiguer les fluctuations de pression sur la roue en régime permanent et transitoire. / This research work deals with the geometry recovery of the runner and the draft tube of a bulb turbine, based on the real scale model. Once the geometry recovery of the runner completed, this computerized geometry allows to design an instrumented blade with embedded pressure sensors. A non-contact laser scanner on a precision measuring arm is used to create precise and detailed point clouds of the runner and draft tube geometries. Then, these point clouds are processed in a computer-aided design (CAD) software, in order to achieve a precise computerized geometry of the model. Deviation analyses allow to quantify the deviations so as to validate the CAD geometries and the IEC60193 standard agreement for the runner. Finally, a new instrumented blade with thirty embedded pressure sensors is developed so as to investigate pressure fluctuations in the runner in constant and transient operating conditions.

Ce mémoire présente l’étude d’un matériau composite de résine de cyanate ester et de fibres de carbone fait de plis tissés de type cinq harnais soumis à des cycles de température. Trois stratifiés et une plaque sandwich ont été étudiés. L’étude de l’endommagement pour les stratifiés a montré deux types d’endommagement, des microfissures et des décohésions. Les décohésions sont présentes strictement sur les tranches externes. Quant aux microfissures, elles sont observées en plus grande quantité sur la tranche externe que sur la tranche interne. L’endommagement dans la plaque sandwich est présent sous deux formes : des microfissures et de la délamination due à la présence de l’adhésif. La dégradation des propriétés mécaniques des stratifiés en fonction du nombre de cycles thermiques a aussi été étudiée. Les essais mécaniques ont montré que ce sont les propriétés influencées par le comportement de la matrice qui sont affectées par la présence des microfissures. / This master dissertation presents the effect of extreme temperature cycles on composite materials of carbon fiber and cyanate-ester resin made of five harness woven fabrics. Three laminates and one sandwich plate were studied. The evaluation of damage present in the laminates showed two different types of damage: vertical microcracks and debonding between the fibers and the matrix. Debonding is only visible on the edges of the laminates. As for the microcracks, they are present both on the edges and inside of the laminates, but in greater quantity on the edges. The damage inside the sandwich plate is present under two forms: vertical microcracks and delamination due to the presence of the adhesive. The effect of thermal cycling on the degradation of the mechanical properties of the laminates was also studied. The mechanical tests performed showed that properties influenced by the matrix behavior were altered by the presence of microcracks.

L’évolution des réseaux logistiques s'accompagne du risque inquiétant d'attaques intentionnelles et ils deviennent de plus en plus des cibles potentielles. Il est donc essentiel de les protéger contre ces attaques. Cette thèse développe une méthode d’allocation optimale des ressources de défense des entités de réseaux logistiques contre des attaques intentionnelles, dans le contexte de l’optimisation de la localisation des installations. Cette méthode permet de calculer les dégâts, d’évaluer la valeur d'une cible critique et de répartir de façon optimale des ressources limitées de défense, et ce, en tenant compte de la stratégie de l’attaquant. Trois cas de réseaux logistiques sont étudiés dans cette thèse. Nous considérons tout d’abord le contexte de localisation d’installations à capacité illimitée où une stratégie de protection optimale est sélectionnée. Ensuite, la notion de capacité supplémentaire est utilisée comme moyen de protection indirecte, permettant de réduire le dommage encouru. Enfin, comme l'efficacité d’un réseau logistique est largement déterminée par le bon fonctionnement des entrepôts, ces derniers sont également protégés de la même façon que les usines. Alors que l’objectif du défendeur est de minimiser les dégâts, l’attaquant va chercher à maximiser ces dégâts. Dans les trois cas considérés, le problème sera défini comme un jeu non coopératif min-max à deux périodes dans lequel le défendeur joue en premier. Cela signifie que le défendeur choisit une stratégie à la première période qui minimise le dégât maximal que l’attaquant pourrait causer à la seconde période. Dans le but d’estimer les utilités des joueurs, la méthode proposée évalue l’espérance mathématique de plusieurs coûts : le coût nécessaire à la restauration des installations endommagées, les coûts encourus en raison de l'augmentation possible des coûts de transport suite à des attaques, et le coût dû à une rupture de stock. Un algorithme est développé afin de déterminer la solution d'équilibre et la stratégie de défense optimale. Dans chacun des cas étudiés, notre méthode est comparée à d'autres stratégies. Les résultats obtenus montrent clairement l’efficacité de notre modèle et l’apport de la capacité supplémentaire comme moyen de protection indirecte, ainsi que l’importance de protéger les entrepôts. / The evolution of logistic networks is accompanied by the worrisome risk of intentional attacks and these networks increasingly become potential targets. It is essential to protect them against these attacks. This thesis develops a method for the optimal allocation of defensive resources among the entities’ logistic networks to protect against intentional attacks in the context of facility location optimization. This method is developed to calculate the expected damage, evaluate the value of a critical target and optimally distribute the limited defensive resources, taking the attacker’s strategy into account. Three cases of logistics networks are studied in this thesis. We first of all consider the context of the uncapacitated fixed-charge location where a strategy of optimal protection is selected. Then, extra-capacity is used as a means for indirect protection, allowing the reduction of the expected damage. Lastly, as the efficiency and effectiveness in any logistics network is largely determined by the correct operation of the warehouses, the latter are also protected in the same way as the plants. Whereas the defender’s objective is to minimize the damage, the attacker seeks to maximize this damage. In the three cases considered the problem formulation as a two-period game where the defender invests in the first period. This means that the defender selects a strategy in the first period that minimizes the maximum loss the attacker may cause in the second period. A method is developed to evaluate the utilities of the players. This method evaluates many expected costs, including the cost needed to restore disabled facilities, the backorder cost, and the cost incurred because of the change in transportation costs after attacks. An algorithm is developed to find the equilibrium solution and the optimal defence strategy. Our method is compared to other suggested strategies. Obtained results clearly indicate the effectiveness of our model and the indirect protection by extra-capacity deployment, as well as the importance of protecting the warehouses.

La perméabilité intrinsèque et la conductivité thermique de la neige sont deux paramètres essentiels pour effectuer l'analyse numérique du comportement thermique de milieux poreux. Plusieurs mesures de ces paramètres ont été effectuées successivement sur des échantillons de neiges compactées recueillis à l'Université Laval. La mesure de la conductivité thermique a été effectuée selon la méthode du fil chaud. Pour la perméabilité intrinsèque, un perméamètre à air à double mur fût conçu pour des expériences en laboratoire. La perméabilité intrinsèque et la conductivité thermique variaient respectivement de 1.1 x 10-8 à 8.0 x 10-11 m2 et de 0.09 à 0.48 W/mK pour des échantillons de neige ayant des porosités s'étalant entre 0.32 et 0.75. Les résultats se comparent bien avec ceux trouvés dans la littérature. Des modèles de prédiction des propriétés ont été examinés pour chacune des propriétés avec la porosité et le diamètre des grains.

Le projet porte sur la résistance structurale et durabilité d’un plancher de ponton fait d’extrusions d’aluminium assemblées par insertion rapide. C’est une étude qui vise à valider le nouveau concept et d’implémenter la technique d’assemblage par insertion rapide dans la construction d’un ponton. Les nouvelles pièces nécessaires au projet sont déjà conçues et la présente étude se limite à l’étude du comportement de la nouvelle structure. Le projet comporte deux parties, numérique et pratique. La partie numérique consiste à effectuer des simulations numériques sur les deux modèles de pontons nouveau et actuel. Les simulations effectuées ont montré que les deux pontons (ancien et nouveau) ont des comportements similaires. Deux cas de chargement ont été analysés, le premier représente un déplacement des pontons sur l’eau et le deuxième impose une torsion sur les structures des deux pontons. Les valeurs des déplacements obtenues pour le premier cas de chargement sont de 1.195 mm et 1.357 mm pour l’ancien et le nouveau ponton respectivement. Pour le deuxième cas de chargement les déplacements sont de 15.18 mm dans le cas du ponton actuel et 13.43 mm pour le nouveau modèle. De plus les contraintes correspondantes à ces déplacements sont très faibles par rapport à la limite élastique de l’aluminium. La valeur maximale obtenue pour tous les tests est de 65 MPa pour le ponton actuel dans le cas de torsion et de 50 MPa pour le nouveau ponton dans les mêmes conditions. Les simulations numériques ne peuvent pas montrer tous les détails de la structure, comme les clips des nouvelles extrusions qui forment le plancher de ponton. Pour tester ces parties il fallait effectuer des essais pratiques en fatigue et en statique sur des sections partielles de 4 extrusions du plancher du nouveau ponton. D’après les tests statiques, on a pu déterminer les configurations des clips qui permettent aux sections partielles de résister à la force appliquée, et de rester assemblées. Ce sont les clips partiels ou complets qui offrent cette résistance. Après les tests statiques, les tests en fatigue ont déterminé que les sections partielles résistent à une force locale de 2 250 N (500 lb) pendant 1 500 000 cycles ce qui équivaut à environ 3500 lbs de charge répartie sur l’ensemble du ponton. Enfin des essais sur l’eau sont réalisés sur un prototype du nouveau ponton. Aucun bris n’est parvenu au niveau des clips et l’analyse des données regroupées durant les tests permet de valider que la structure du nouveau ponton est résistante.

L'objectif principal de cette thèse est d'étudier le problème de planification de la production dans le contexte d'une demande incertaine, d’un niveau de service variable et d’approvisionnements incontrôlables dans une usine de seconde transformation du bois. Les activités de planification et de contrôle de production sont des tâches intrinsèquement complexes et difficiles pour les entreprises de seconde transformation du bois. La complexité vient de certaines caractéristiques intrinsèques de cette industrie, comme la co-production, les procédés alternatifs divergents, les systèmes de production sur commande (make-to-order), des temps de setup variables et une offre incontrôlable. La première partie de cette thèse propose une plate-forme d'optimisation/simulation permettant de prendre des décisions concernant le choix d'une politique de planification de la production, pour traiter rapidement les demandes incertaines, tout en tenant compte des caractéristiques complexes de l'industrie de la seconde transformation du bois. À cet effet, une stratégie de re-planification périodique basée sur un horizon roulant est utilisée et validée par un modèle de simulation utilisant des données réelles provenant d'un partenaire industriel. Dans la deuxième partie de cette thèse, une méthode de gestion des stocks de sécurité dynamique est proposée afin de mieux gérer le niveau de service, qui est contraint par une capacité de production limitée et à la complexité de la gestion des temps de mise en course. Nous avons ainsi développé une approche de re-planification périodique à deux phases, dans laquelle des capacités non-utilisées (dans la première phase) sont attribuées (dans la seconde phase) afin de produire certains produits jugés importants, augmentant ainsi la capacité du système à atteindre le niveau de stock de sécurité. Enfin, dans la troisième partie de la thèse, nous étudions l’impact d’un approvisionnement incontrôlable sur la planification de la production. Différents scénarios d'approvisionnement servent à identifier les seuils critiques dans les variations de l’offre. Le cadre proposé permet aux gestionnaires de comprendre l'impact de politiques d'approvisionnement proposées pour faire face aux incertitudes. Les résultats obtenus à travers les études de cas considérés montrent que les nouvelles approches proposées dans cette thèse constituent des outils pratiques et efficaces pour la planification de production du bois. / The main objective of this thesis is to investigate the production planning problem in the context of uncertain demand, variable service level, and uncontrollable supply in a wood remanufacturing mill. Production planning and control activities are complex and represent difficult tasks for wood remanufacturers. The complexity comes from inherent characteristics of the industry such as divergent co-production, alternative processes, make-to-order, short customer lead times, variable setup time, and uncontrollable supply. The first part of this thesis proposes an optimization/simulation platform to make decisions about the selection of a production planning policy to deal swiftly with uncertain demands, under the complex characteristics of the wood remanufacturing industry. For this purpose, a periodic re-planning strategy based on a rolling horizon was used and validated through a simulation model using real data from an industrial partner. The computational results highlighted the significance of using the re-planning model as a practical tool for production planning under unstable demands. In the second part, a dynamic safety stock method was proposed to better manage service level, which was threatened by issues related to limited production capacity and the complexity of setup time. We developed a two-phase periodic re-planning approach whereby idle capacities were allocated to produce more important products thus increasing the realization of safety stock level. Numerical results indicated that the solution of the two-phase method was superior to the initial method in terms of backorder level as well as inventory level. Finally, we studied the impact of uncontrollable supply on demand-driven wood remanufacturing production planning through an optimization and simulation framework. Different supply scenarios were used to identify the safety threshold of supply changes. The proposed framework provided managers with a novel advanced planning approach that allowed understanding the impact of supply policies to deal with uncertainties. In general, the wood products industry offers a rich environment for dealing with uncertainties for which the literature fails to provide efficient solutions. Regarding the results that were obtained through the case studies, we believe that approaches proposed in this thesis can be considered as novel and practical tools for wood remanufacturing production planning.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2013-2014. / Ce mémoire présente l'étude expérimentale de l'écoulement dans le canal inter-aube d’une roue de turbine de type bulbe. Pour ce faire, deux campagnes de mesures ont été réalisées. La première a fait usage de l’anémométrie laser à effet Doppler (LDV). La seconde campagne a fait appel à l’anémométrie par image de particules (PIV) et à un montage stéréoscopique endoscopique conçu sur mesure pour atteindre la région ciblée. Les données recueillies permettent de caractériser plusieurs phénomènes. L’importance du sillage des directrices entre les aubes de la roue est mise en évidence par les deux techniques de mesure. La campagne de mesure par LDV permet plus spécifiquement de cibler les tourbillons de jeu de bout d’aube et d’identifier des débalancements fixe et rotatif. En complément, les mesures par PIV révèlent la présence d’un tourbillon qui provient du bord d’attaque près du moyeu lorsque la turbine opère à charge partielle. / This work presents the experimental study of the flow in the inter-blade channel of the runner of a bulb turbine. To do so, two measurement campaigns were carried out. The first used laser Doppler velocimetry (LDV). The second campaign used particle image velocimetry (PIV) and a custom designed stereoscopic endoscopic setup allowed reaching this otherwise difficult to access measurement plane. A comparison of the two sets of data collected indicates a good match over the entire area on which they overlap. The gathered data allows characterising many phenomena. The importance of the guide vanes wake on the runner flow is highlighted by both measurement techniques. The LDV measurement campaign allows characterizing the blade tip vortices and identifying fixed and rotary flow imbalances. In addition, the PIV measurements reveal the presence of a vortex that originates from the leading edge near the hub when the turbine operates at partial load.

Dans ce projet de recherche, deux types de modèles physiques paramétriques construits par une combinaison de ressorts, de masses et de liaisons sont présentés pour étudier l’impact frontal d’un véhicule de type Dodge 2001. Également, deux modèles linéaires paramétriques (LMS) à 5 degrés de liberté sont introduits et vérifiés, en référence aux travaux de recherche de Mr Javad Marzbanrad et de Mr Mostafa Pahlavani. Les ressorts et les amortisseurs utilisés sont déterminés via une optimisation des décélérations, tenant compte des résultats numériques par éléments finis et ceux provenant de l’expérience. Plus précisément, ces paramètres sont identifiés par une minimisation de l’erreur moyenne quadratique entre les résultats des simulations et les tests expérimentaux lors de l’impact frontal. / In this study, two types of physical parametric models built using a combination of springs, masses and links are introduced for a vehicle frontal crash study. In addition, two 5DOF linear parametric models (LMS) are proposed and checked, based on the previous investigation made by Mr Javad Marzbanrad and Mostafa Pahlavani. The values of spring and dampers have been determined using an optimisation of deceleration, considering the numerical results from finite element and experimental results. These determined values have been calculated on the basis of minimisation of the root mean square of the difference between simulated and experimental results as occurred for occupants in the frontal crash.

Les problèmes de planification dans les entreprises du secteur manufacturier sont très complexes. Pour prendre de bonnes décisions, le décideur doit utiliser des systèmes d’aides à la décision exploitant des modèles d’optimisation mathématiques. Malheureusement, les systèmes d’aide à la décision conventionnels sont souvent inadaptés et incompatibles avec les besoins des décideurs. Dans le cadre de ce mémoire, nous proposons un système interactif qui permet au décideur d’adapter les solutions proposées en fonction de ses préférences. Nous exploitons une approche interactive inspirée des systèmes multi-agents (l'un des agents est humain et l'autre est l'ordinateur). Dans la littérature, ces systèmes sont appelés systèmes à initiative partagée (en anglais : mixed-initiative system, ou MIS). Nous analysons et proposons différentes approches qui permettent au décideur d'interagir avec le modèle mathématique et de choisir sa solution. Pour tester et évaluer la faisabilité de ces méthodes, nous avons utilisé un cas industriel réel. Il s’agit d’un problème de planification collaborative des ventes, de la production et de la distribution dans l’industrie des produits forestiers.

Cette thèse s'attarde sur plusieurs aspects de la collaboration humain-robot, dont le développement d'interfaces de contrôle, la conception de robots plus sécuritaires ainsi que le développement d'algorithmes de contrôle. Le tout est réparti sur 7 chapitres. Le premier chapitre présente une brève introduction ainsi que la méthodologie employée au cours de la thèse. Le deuxième chapitre présente une méthode d'équilibrage statique par contrepoids. Une transmission hydraulique permet de déporter facilement le contrepoids à l'extérieur de l'espace de travail du système équilibré. L'utilisation de cylindres à membrane permet une transmission fluide avec un minimum de friction. Dans le troisième chapitre, nous exploitons ce principe d'équilibrage pour développer un bras de robot sériel à 7 ddls. Deux mécanismes d'équilibrage sont proposés et testés d'abord sur des bancs d'essai puis sur le prototype final. Un banc d'équilibrage à deux plateaux permet d'ajuster la pression des cylindres avec une seule charge mobile pour s'adapter à la masse soulevée par le bras. Dans le quatrième chapitre, nous développons un algorithme de commande exploitant la redondance du bras développé précédemment. Puisque les critères courants d'exploitation de la redondance dépendent de la situation, nous laissons le soin à l'opérateur de gérer lui-même cette redondance. Notre algorithme implémente une commande standard en admittance qui combat les perturbations indésirables à l'effecteur. Cependant, elle permet aux perturbations qui n'affectent pas la position de l'effecteur de modifier la configuration du robot. Le cinquième chapitre présente le développement d'un capteur tactile à base de silicone et noir de carbone. Les propriétés du mélange de silicone et noir de carbone sont étudiées afin d'optimiser la sensibilité du matériau. Nous proposons ensuite un modèle mathématique de la piézorésistivité du matériau afin d'estimer la pression appliquée et nous présentons des méthodes de fabrication du capteur et d'acquisition des signaux. Dans le sixième chapitre, nous développons un système de freinage passif adapté aux systèmes de ponts roulants. Le système permet d'appliquer à la charge transportée une force de freinage proportionnelle à sa vitesse. Une interface de contrôle intuitive permet à l'opérateur d'activer le système au besoin. Le septième chapitre présente une brève conclusion de la thèse.