Dans un contexte de développement important des technologies photoniques et de leurs applications à la plupart des domaines scientifiques (télécommunications, biologie, médecine), il apparaît de plus en plus essentiel de pouvoir se doter de sources laser accordables en longueur d'onde et facilement utilisables. Ce mémoire résume et approfondit la recherche menée dans le cadre de la compagnie Technologies SWAG Inc. sur le laser accordable électroniquement (ETL). Elle présente ainsi les principes inédits mis en œuvre et ayant fait l'objet d'un brevet et développe à la fois les avantages et les limites de ceux-ci. Ces principes ont par la suite fait l'objet de démonstrations expérimentales utilisant différentes technologies disponibles : celle des fibres optiques dopées et celle des semi- conducteurs pompés optiquement et électriquement. / In a context of significant development of photonic technologies and their applications to the majority of the scientific fields (telecommunications, biology, medicine), it appears increasingly essential to be able to use tunable and easy-to-use laser sources. This memorandum summarizes and looks further into the research undertaken within the company Technologies SWAG Inc. on the electronically tunable laser (ETL). It thus presents the new patented principles implemented and develops at the same time the advantages and the limits of those. These principles were the subject thereafter of experimental demonstrations using various available technologies: that of doped optical fibres and that of optically or electrically pumped semiconductors.

Dans un contexte d'étude d'algorithmes de traitement radar, la section efficace radar (SER) d'une cible est souvent requise pour simuler le signal reçu à l'antenne. À haute fréquence, cette SER est avantageusement calculée à partir d'un ensemble de points brillants positionnés judicieusement dans l'espace. La construction d'un modèle adéquat de points brillants est faite en utilisant une approche par facettes. Dans cette approche, la cible est représentée par un ensemble de facettes triangulaires dont le centre représente la position d'un point brillant et dont la SER représente l'amplitude et la phase de ce point brillant. La SER globale de la cible est obtenue en faisant une somme vectorielle des SER de chaque facette. La SER d'une facette est calculée à l'aide d'une méthode analytique. L'objectif de ce travail était d'étudier différentes méthodes analytiques pour modéliser la SER des facettes d'une cible afin d'obtenir une SER globale précise pour la simulation d'un radar se déplaçant vers une cible. Les méthodes étudiées ont été l'optique physique (OP), l'optique physique modifiée pour le champ proche et finalement, la théorie physique de diffraction (TPD) utilisant le concept de la méthode des courants équivalents (MCE). Les résultats obtenus avec ces modèles ont été validés avec les SER d'une plaque et d'un cylindre ainsi qu'avec la SER dynamique d'un cylindre. La méthode utilisant l'OP a donné une bonne approximation de la SER malgré la simplicité de cette méthode. La méthode de l'OP modifiée pour le champ proche a aussi produit de bons résultats tout en améliorant la plage de prédiction dans le champ proche et en demeurant très efficace en calcul. La méthode de la TPD a fourni des prédictions légèrement meilleures que celles de l'OP modifiée mais elle a requis une plus grande puissance de calcul. Finalement, l'OP modifiée et la TPD ont démontré qu'elles étaient adéquates pour la simulation d'un radar se déplaçant vers une cible. / Within the framework of radar processing studies, the target radar cross section (RCS) is often required to simulate the received signal at an antenna. At high frequency, this RCS can be advantageously computed from a set of scattering points judiciously positioned in space. The construction of an adequate scattering-point model is done using a facet approach. In this approach, the target is modeled as a set of triangular facets whose center represents the location of a scattering point and whose RCS represents the amplitude and phase of the scattering point. The target global RCS is then obtained from a coherent sum of the RCS of each facet. The facet RCS is computed with an analytic method. The aim of this work was to investigate various analytic methods to model the target facet RCS to obtain an accurate global RCS for the simulation of a radar moving toward a target. The studied methods were the Physical Optics (PO), a refined physical optics formulation adapted for near field and, finally, the Physical Theory of Diffraction (PTD) using the concept of the method of equivalent current (MEC). The results obtained with these models were validated with the RCS s of a square plate and of a cylinder as well as with the dynamic RCS of a cylinder. The method using PO gave a good approximation of the RCS in spite of its low complexity. The near-field refined PO method also produced good results while improving the prediction range in the near field and being computer efficient. The PTD method provided predictions slightly better than those of the refined PO method but it required more Computing power. Finally, the refined-PO and PTD methods demonstrated they were adequate for the simulation of a radar moving toward a target.

La qualité de l'immersion dans un environnement virtuel dépend grandement de la qualité visuelle de l'environnement et de la variété des interactions disponibles à l'utilisateur. Cependant, l'élaboration de tels environnements est influencée par de nombreux facteurs. Dans le cadre de ce mémoire, nous allons nous concentrer sur deux facteurs importants, soient : la performance du module de rendu graphique et le cycle de développement de scénarios. Les travaux présentés dans le cadre de ce mémoire ont contribué au développement d'un module de rendu graphique, ainsi qu'au développement d'un cycle de développement de scénarios à l'intérieur du framework de simulation APIA, cela afin de pouvoir gérer des environnements virtuels visuellement complexes en plus de faciliter le développement de scénarios en automatisant le processus. Les principaux défis de ce projet furent d'intégrer différentes technologies récentes dans le domaine du graphique par ordinateur afin d'embellir la qualité visuelle de l'environnement virtuel, d'optimiser la performance du rendu graphique et d'ajouter du réalisme à la modélisation des environnements virtuels. Avec un module de rendu graphique mieux adapté, le framework de simulation APIA sera en mesure de développer des simulations ciblant des environnements virtuels complexes et de grande envergure. De plus, le nouveau cycle de développement proposé accélérera grandement l'élaboration de nouveaux scénarios.

Ce document présente; l'intégration de la thermographie modulée au laboratoire de tests non destructifs. Tous les détails de l'équipement choisi, des réglages des logiciels utilisés et développés, et le choix d'un système modulaire; sont inclus. Les expériences portent sur des échantillons à base de matériaux composites. La technique est donc validée; par les résultats. Les résultats sont ensuite comparés avec la thermographie puisée et la simulation par la méthode; des éléments finis. / This document shows the intergration of the Lock-in thermography method for the non-destructif-testing laboratory. All the details of the equipment, software; settings (used and developped) and the choice of the modular system are included. The experiences arc; done on composite; material samples. The method is also validated by results. Those results are then compared with pulsed thermography and the finite element simulation method.

Ce mémoire est divisé en (Unix parties indépendantes. La première; propose un nouvel algorithme de filtrage médian, lequel est une pierre; angulaire dans plusieurs situations de traitement d'image. Cependant, son utilisation a souvent été entravée; par sa complexité algorithmique de 0(r) selon le rayon de la fenêtre. Avec la tendance; vers des images de; meilleure résolution et des fenêtres de filtre proportionnellement plus larges, le besoin pour un algorithme de filtrage médian efficient devient pressant. Dans ce mémoire, un nouvel algorithme, simple mais bien plus rapide, affichant une complexité en temps d'exécution de O(l), est décrit et analysé. Sa performance est mesurée et comparée à celle des algorithmes précédents. Des extensions vers des données de plus haute dimensionnalité ou précision, ainsi qu'une approximation de fenêtre circulaire, sont aussi présentées. Dans la seconde partie, un système de modélisation de l'apparence d'objets est présenté. Il consiste en un robot à câbles déplaçant un appareil photo numérique autour du sujet en en prenant un grand nombre de photos. Le traitement informatique subséquent doit accomplir trois grandes tâches : segmentation, positionnement 3-D des photos et reconstruction de l'enveloppe visuelle de l'objet. Dans ce mémoire, les algorithmes impliqués sont analysés, critiqués et des améliorations sont proposées. En particulier, des algorithmes efficients pour le calcul d'enveloppe visuelle et pour la méthode des K plus proches voisins sont présentés. Le système dans son ensemble est finalement jugé selon les objectifs de conception préétablis et des recommandations sont faites afin d'en améliorer les performances. / This dissertation is divided into two independent parts. The first one proposes a new median filter algorithm. The median filter is one of the basic building blocks in many image processing situations. However, its use has long been hampered by its algorithmic complexity of 0(r) in the kernel radius. With the trend toward larger images and proportionally larger filter kernels, tlu; need for a more efficient median filtering algorithm becomes pressing. In this dissertation, a new, simple yet much faster algorithm exhibiting O(l) runtime complexity is described and analyzed. Tt is compared and benchmarked against previous algorithms. Extensions to higher-dimensional or higher-precision data and an approximation to a circular kernel are presented as well. In the second part, a system for modeling object appearances is presented. It consists in a cable robot moving a digital camera around the subject while taking a high number of photos of it. The ensuing computer processing must accomplish three tasks : segmentation, 3-D positioning of the photos, and reconstruction of the object's visual hull. In this dissertation, the implied algorithms are analyzed, criticized, and improved. In particular, efficient algorithms for Computing the visual hull and for performing the K nearest neighbors method are presented. The system as a whole is finally judged according to the preestablished design objectives and recommendations are made in order to improve its performances.

Les structures de commande prédictive (MPC) utilisant des simulateurs dynamiques comme modèles de procédé ne font pas légion. Cette rareté s'explique en grande partie par la difficulté de résolution des problèmes d'optimisation résultants. En effet, les algorithmes de programmation non linéaire ne sont pas toujours adaptés pour atteindre efficacement l'optimum des fonctions basées sur des modèles physiques, à plus forte raison encore si les équations utilisées sont inconnues (modèles de type boîte noire). C'est en s'appuyant sur ce constat qu'une nouvelle approche pour la MPC est proposée. Le principe consiste à substituer la minimisation explicite de la fonction objectif par une simulation du système en boucle fermée pour solutionner de façon généralement sous-optimale le problème de contrôle en boucle ouverte. Cette nouvelle méthode permet d'exploiter plusieurs des avantages de la commande prédictive sans être limitée par la complexité des modèles. Deux algorithmes sont présentés: décentralisé et découplé. Bien qu'avantageuse sur le plan du réglage, la structure découplée ne permet pas la même liberté que la structure décentralisée pour le choix de l'horizon de prédiction qui doit généralement être du même ordre de grandeur que le temps de réponse en boucle ouverte. Le développement d'une structure de simulation du comportement dynamique de la flottation en colonne, un procédé de séparation des minéraux, représente la seconde contribution de cette thèse. Une grande lacune des simulateurs proposés à ce jour demeure que même lorsque les équations différentielles de conservation sont utilisées, les variations dynamiques du niveau de pulpe ne sont jamais considérées. La structure présentée ici s'intéresse à la simulation des mouvements des phases présentes et de leurs effets sur le niveau de pulpe et sur les débits de sortie. Par ailleurs, comme bien d'autres procédés minéralurgiques, la flottation en colonne a peu bénéficié des avancées en contrôle de procédés. C'est donc sur ce terrain que les deux thèmes étudiés se rencontrent lors d'une mise à l'épreuve conjointe. L'étude de cas proposée s'intéresse à l'asservissement de trois variables d'opération critiques pour le bon fonctionnement du procédé à savoir, la concentration d'air dans la zone de pulpe, le flux net d'eau à l'interface et le niveau de pulpe à l'aide d'un contrôleur prédictif basé sur la simulation. / Applications of dynamic simulators for model predictive controllers design are rather scarce in the litterature. The complexity of solving the resulting optimization problems may explain this lack of popularity. In fact, nonlinear programming algorithms are not always well suited to efficiently reach the optimum of a fundamentaly-based cost function. The situation is even worse when the equations used in the model are unknown by the control designers (black box models). The simulation-based model predictive controller is an alternative formulation to perform model predictive control (MPC) without making use of any explicit optimization solver, but rather based on an easy-to-compute closed-loop simulation. The resulting scheme generally provides a sub-optimal solution and benefits from many interesting features of conventional MPC without being restricted by the model complexity. Two algorithms are proposed: decentralized and decoupled. The decentralized simulation structure allows a flexible setting of the prediction horizon (Hp) that is not possible in the decoupled case, easier to tune, but where Hp must generally be in the same order of magnitude that the system settling time. A second contribution of this thesis is the development of a framework for the dynamic simulation of a mineral separation process: column flotation. Until now, most of the proposed models or simulators were restricted to the steady-state behavior. When dynamic mass-balance equations were considered, a constant pulp level during the simulation was always assumed. The presented framework aims to simulate water, solids and gas motion and their effect on the pulp level and output flow rates. As it often happens in mineral processing, the column flotation process has not benefited from advanced control techniques. This is where the two previous subjects merge. The proposed simulation framework is used to design a simulation-based model predictive controller for process variables having a strong influence on metallurgical results (grade and recovery). A case study is presented where the pulp level, bias and air hold-up in the pulp zone are kept within an acceptable operating region.

Nous évaluons les performances de systèmes optiques à accès multiple par répartition de codes (OCDMA). Nous concentrons notre étude sur les types de OCDMA qui utilisent des sources optiques à émission continue. Pour un système OCDMA à encodage spectral-temporel, nous présentons une comparaison expérimentale entre les performances d'une source incohérente et d'un laser multi longueurs d'onde lorsque cette source est partagée entre les usagers. Nous démontrons que les performances sont ultimement limitées par le bruit d'intensité des sources incohérentes et par le bruit de battement des sources lasers. Nous démontrons une correspondance entre la simulation et les résultats expérimentaux pour des systèmes d'encodage spectral d'amplitude et d'encodage spectral-temporel. Pour ce faire, la source utilisée est une source incohérente large bande et la correspondance entre les taux d'erreurs binaires mesurés et simulés est démontrée jusqu'à quatre usagers simultanés pour chacun des deux systèmes. À la suite de cette validation du simulateur, les performances pour différents types de codes et pour un système avec paramètres optimisés sont prédites. Les sources incohérentes étant limitées par un bruit d'intensité intrinsèque, d'autres options sont envisagées afin d'améliorer les performances. En particulier, trois configurations de sources lasers multi longueurs d'onde sont envisagées. Les performances peuvent alors être significativement meilleures qu'avec des sources incohérentes, mais demandent un positionnement précis des fréquences centrales des lasers. L'utilisation d'un code correcteur d'erreurs est également étudié afin d'améliorer les performances.

Parmi les différentes structures de machines électriques existantes, les machines à flux transverse (MFT) sont reconnues pour leur fort couple massique et volumique. Malgré cet avantage, leur complexité et leur coût de fabrication élevés font que ce type de machine ne dépasse que rarement le stade de prototype. De plus, d’importantes pertes fer dues à des fréquences de fonctionnement élevées limitent encore l’utilisation de ces machines aux applications basse vitesse et fort couple : la MFT est alors principalement utilisée dans des dans les aérogénérateurs à attaque directe et dans certaines applications de traction électrique (bus, automobile, tram, navire, …). Le travail présenté dans ce mémoire s’inscrit dans le cadre du développement d’une nouvelle configuration de MFT : la MFT à griffe ou claw-pole, à stator hybride. Grâce à l’utilisation combinée de tôles électriques et de poudre de fer au stator de la machine, les pertes fer de cette configuration de MFT sont considérablement réduites et sa fabrication grandement simplifiée. Le concept de stator hybride peut être exploité pour réduire les pertes fer de la MFT encore davantage, par l’emploi de matériaux possédant des propriétés magnétiques supérieures à celles des matériaux actuellement utilisés au stator de la machine. L’effet de la substitution des noyaux de tôles électriques au stator par des noyaux fabriqués à partir de matériaux amorphes est étudié dans ce mémoire. Des mesures expérimentales de pertes fer permettent, dans un premier temps, de prouver la réduction des pertes totales d’une MFT claw-pole à stator hybride monopolaire utilisant des noyaux amorphes. Dans un second temps, des simulations par éléments finis couplées à des résultats expérimentaux montrent l’augmentation du rendement d’une MFT complète à noyaux amorphes et le maintien de ce dernier à un niveau élevé à des fréquences de fonctionnement supérieures à 400 Hz. / Transverse flux machines (TFM) are known for their excellent torque-to-mass and torque-to-volume ratio when compared to conventional machines. Despite this advantage, they have some serious shortcomings like complex construction and high cost, explaining why TFM that can be found in the literature are usually only prototypes. Moreover, the TFM shows a dependence of its force density upon its pole pitch and airgap thickness, which leads to high electrical frequencies and thus to high core losses. For all these reasons, this type of machine could be considered in high-torque low-speed applications such as wind turbines or electrical traction drives. The work presented in this document contributes to the development of a new TFM configuration: the claw-pole TFM with hybrid stator (CPTFMHS). Such a stator built from a combination of Fe-Si laminations and powdered iron (SMC), enables reducing iron losses significantly and improving the ease of manufacturing of the machine. The concept of the hybrid stator can be further developed by using new magnetic materials with lower specific losses. The substitution of Fe-Si laminations by amorphous cores in the stator of the CPTFMHS is studied in this work and presented here. Experimental measurements are conducted on a one-pole pair CPTFMHS machine with an amorphous core: the results show a reduction of the total iron losses, thus proving benefits of amorphous cores used in the machine. Finite element simulations coupled with experimental measurements lead to the following conclusion: the efficiency of a CPTFMHS machine can be maintained to a high level at frequencies above 400 Hz, thanks to the use of amorphous cores, which may not be possible with Fe-Si laminations.

Le présent ouvrage vise à étudier différents aspects reliés à la commande non-linéaire des bioprocédés et à leur caractérisation, visant leur éventuelle optimisation. Une particularité des bioprocédés est leur tendance à se comporter de manière variable dans le temps : étant constitués d'organismes vivants, ces derniers possèdent par définition une capacité d'adaptation à leur environnement, ce qui crée le phénomène. Côté opérationnel, il existe en plus une limitation face à l'instrumentation disponible. En effet, les équipements rattachés aux bioréacteurs doivent pouvoir tolérer le processus de stérilisation, qui implique l'atteinte de températures élevées (~120°C), et un certain niveau de pression. Enfin, une dernière limitation opérationnelle s'appliquant aux bioprocédés est le faible nombre de variables manipulées, fonction du mode d'opération. Suite à ces constats, plusieurs avenues peuvent être explorées afin de pallier à la situation. De manière générale, l'utilisation du débit de purge (bleed) est proposée comme variable de contrôle en mode perfusion. Une analyse en régime stationnaire est d'abord présentée, suivie du développement d'une stratégie de contrôle non-linéaire adaptative, basée sur les fondements du backstepping, et multivariable (2x2). Cette dernière est ensuite implantée en simulation, afin d'en évaluer la robustesse, la performance, et la sensibilité au bruit de mesure. L'algorithme est par la suite bonifié pour permettre le passage entre les modes perfusion et continu en toute transparence, afin de permettre de réguler les concentrations en biomasse et en substrat sans devoir se soucier si les consignes correspondent à un mode d'opération en particulier. Une méthodologie est par la suite proposée pour régler les paramètres du contrôleur, basée sur la linéarisation du modèle dynamique et le placement de pôles. Des simulations basées sur un modèle tiré de données expérimentales permettent d'en évaluer les performances, la robustesse et la sensibilité au bruit. Les transitions entre les modes d'opération sont ensuite investiguées, afin de vérifier qu'elles ne comportent aucun risque pour le système. Le dernier sujet de cet ouvrage se constitue d'analyses de marquage au carbone 13. Celles-ci permettent le suivi du passage des atomes de carbone à travers le métabolisme, et ainsi valider la présence ou l'absence de certaines voies métaboliques. Ainsi, avec un modèle métabolique plus représentatif de la réalité, des relations plus fiables pourront être tirées entre les flux métaboliques obtenus et la production visée, soit la production d'adénovirus à partir de cellules HEK-293 SF.

Dans ce travail nous nous intéressons aux problèmes liés à la combinaison d'informations en provenance de sources multiples. Nous proposons de représenter les informations en provenance de la théorie des ensembles flous (FST) et de la théorie de l'évidence (DST) dans le cadre unificateur des ensembles aléatoires (RST). Le processus de combinaison fait face à deux problématiques majeures : (1) une explosion du temps de calcul dû au grand nombre d'éléments focaux, et (2) la combinaison d'informations en conflit total. Nous proposons dans un premier temps de réduire le temps de calcul du processus de combinaison, en appliquant une approximation directe aux informations de la FST qui s'avère très efficace lorsque la cardinalité du cadre de discernement est élevée. Dans un deuxième temps nous proposons une formulation générale pour les règles de combinaison de la RST, ainsi qu'une nouvelle classe de règles adaptatives qui a l'avantage de (a) prendre en compte de manière automatique la fiabilité des sources, (b) combiner des informations définies sur des cadres de discernement différents et homogènes. Elle possède un comportement similaire à la règle conjonctive lorsque les sources sont en accord et un comportement similaire à la règle disjonctive lorsque les sources sont en désaccord.