Avec l’émergence soutenue de capteurs et de dispositifs électrochimiques innovants, la spectroscopie d'impédance électrochimique est devenue l'un des outils les plus importants pour la caractérisation et la modélisation de la matière ionique et de l'interfaçage des capteurs. La capacité de détecter automatiquement, à l’aide de dispositifs électrochimiques peu couteux, les caractéristiques physiques et chimiques de la matière ionique ouvre une gamme d’application très variée pour la compréhension et l’optimisation des procédés ou interviennent les processus électrochimiques. Cette thèse décrit le développement d’une plate-forme microélectronique miniaturisée, connectée, multiplexée, et à faible coût pour la spectroscopie d'impédance diélectrique (SID) conçue pour les mesures électrochimiques in-situ et adaptée aux architectures de réseau sans fil. La plate-forme développée durant ce travail de maitrise a été testée et validée au sein d’une maille ZigBee et a été en mesure d'interfacer jusqu'à trois capteurs SID en même temps et de relayer l'information à travers le net Zigbee pour l'analyse de données et le stockage. Le système a été construit à partir de composants microélectroniques disponibles commercialement et bénéficie des avantages d'une calibration système on-the-fly qui effectue la calibration du capteur de manière aisée. Dans ce mémoire de maitrise, nous rapportons la modélisation et la caractérisation de senseurs électrochimiques de nitrate; notamment nous décrivons la conception microélectronique, la réponse d'impédance de Nyquist, la sensibilité et la précision de la mesure électrochimique, et les résultats de tests de la plate-forme pour les applications de spectroscopie d'impédance relatives à la détection du nitrate, de la détection de la qualité de l'eau, et des senseurs tactiles. / The emergence of the various applications of electrochemical sensors and devices, electrochemical impedance spectroscopy became one of the most important tools for characterizing and modeling of the material and interfacing the sensors. The ability to sense in an automatic manner enables a wide variety of processes to be better understood and optimized cost-effectively. This thesis describes the development of a low-cost, miniaturized, multiplexed, and connected platform for dielectric impedance spectroscopy (DIS) designed for in-situ measurements and adapted to wireless network architectures. The platform has been tested and used as a DIS sensor node on a ZigBee mesh and was able to interface up to three DIS sensors at the same time and relay the information through the Zigbee net for data analysis and storage. The system was built from commercial microelectronics components and benefits from an on-the-fly calibration system that makes sensor calibration easy. The thesis reports characterizing and modeling of two electro-chemical devices (i.e. nitrate sensor and optically-transparent electrically-conductive glasses) and also describes the microelectronics design, the Nyquist impedance response, the measurement sensitivity and accuracy, and the testing of the platform for in-situ dielectric impedance spectroscopy applications pertaining to fertilizer sensing, water quality sensing, and touch sensing.

Le mercure est universellement reconnu comme un contaminant largement distribué dans l'environnement en raison d'activités naturelles et anthropiques. Comme certaines de ses espèces peuvent se propager et s'accumuler à travers la chaine alimentaire, ce polluant peut poser un risque élevé pour la santé humaine. Heureusement, ces dangers sont atténués par la mise en place de politiques et par le suivi de la qualité de l'eau et des aliments dans des laboratoires d'analyse équipés d'instruments de pointe conçus pour fournir une réponse analytique précise et sensible. Malgré cela, cette approche est plus ou moins adéquate pour répondre aux besoins spécifiques des communautés de régions éloignées, où l'accès limité aux installations d'analyse et les coûts d'expédition élevés entravent le suivi exhaustif des aliments. Pourtant, les peuples autochtones habitant l'Arctique, comme les Inuits, courent un risque plus élevé d'exposition au mercure en raison de l'accumulation préférentielle du contaminant aux pôles et d'un mode de vie reposant fortement sur la chasse et la pêche traditionnelles. Considérant que l'alimentation traditionnelle est une partie vitale de la culture et qu'elle procure d'autres nutriments essentiels à la santé, limiter la consommation de ces aliments n'est pas une option viable et l'amélioration du suivi de la qualité alimentaire est donc capitale. Dès lors, le développement d'une plateforme de détection qui serait facile à utiliser, peu coûteuse à produire et qui présenterait une faible empreinte spatiale permettrait d'accomplir le suivi de la qualité directement sur le terrain, favorisant alors l'autonomie de ces communautés. Compte tenu de ce qui précède, l'objectif principal encadrant les travaux de cette thèse était de développer une sonde moléculaire fluorescente pour la détection sélective et sensible du mercure en bénéficiant de la simplicité instrumentale associée à la récolte de signaux optiques. La mise au point de cette stratégie a d'abord exigé la synthèse d'un fluorophore sensible au Hg et l'étude de ses propriétés de détection. Dans un deuxième temps, la photostabilité et la sensibilité au Hg de la molécule ont été améliorées par son assemblage sur des nanoparticules d'argent ayant des propriétés plasmoniques propices à l'exaltation de la fluorescence par le métal (MEF). Troisièmement, le capteur hybride argent-fluorophore développé a été intégré dans un dispositif microfluidique facilitant l'utilisation de la sonde en éliminant la manipulation des solutions typiquement requise par l'utilisateur pour faire l'analyse du mercure. De plus, comme une préparation d'échantillon précède généralement l'analyse en laboratoire, le potentiel de la méthode de détection dans un dispositif portatif qui intégrerait des étapes de préparation d'échantillon a aussi été évalué et discuté. / Mercury is universally established as a contaminant widely distributed in the environment due to natural and anthropogenic activities. As some of its species can distribute and accumulate through the food chain, this pollutant can cause a significant threat to human health. Fortunately, these hazards are alleviated by establishing policies and monitoring this contaminant in analytical laboratories equipped with state-of-the-art instruments designed to provide a precise and sensitive analytical response. Regardless, this approach is sometimes ill-suited to meet the specific needs of populations living in remote regions where access to facilities is limited and high shipping costs impede timely and reasonably priced food monitoring. Yet, the indigenous peoples inhabiting the Artic, such as the Inuits, are at a higher risk of mercury exposure due to the latter's preferential accumulation at the poles combined with a livelihood that strongly relies on traditional hunting and fishing. Since country food is an integral part of their culture and provides other essential nutrients, limiting the consumption of these foods is not a sustainable route and improving the efficiency of quality monitoring is therefore imperative. This could be achieved through the development of a field-deployable detection platform that would be easy to operate, inexpensive to produce and would exhibit a small spatial footprint. This strategy would eventually enable northern communities to have a better autonomy with regards to food monitoring and the ensuing decision-making. The main objective of the project presented in this thesis was to design a fluorescent molecular probe for the sensitive and selective sensing of mercury by benefitting from the instrumental simplicity associated with the detection of optical signals. Developing this strategy first required the synthesis of a Hg-sensitive fluorophore and the study of its detection properties. In a second stage, the molecule's photostability and Hg-sensitivity was enhanced by its assembly onto silver nanoparticles which exhibit plasmonic properties that are conducive to fluorescence enhancement through a phenomenon called metal-enhanced fluorescence (MEF). Thirdly, the MEF assembly was integrated into a microfluidic cartridge that facilitates the usage of the developed sensor without requiring the complex handling of solutions to perform mercury analysis. Moreover, as a sample preparation is usually carried out beforehand in a laboratory set-up, the compatibility of the detection method in a portable device that would also integrate sample preparation steps was evaluated and discussed.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2019-2020 / L’utilisation de données quantitatives afin de diminuer la prévalence des blessures musculosquelettiques liées au travail est souhaitée et le développement de systèmes portables permettant de mesurer l’amplitude articulaire (capteurs inertiels; IMU) et l’activité musculaire (électromyographie; EMG) pourrait permettre d’obtenir ce type de données. La revue systématique de la littérature sur la validité des capteurs inertiels effectuée dans le cadre de ce mémoire a permis d’identifier un manque d’évidence scientifique pour l’évaluation des mouvements complexes à l’épaule. L’objectif principal de ce mémoire est donc (1) d’évaluer la validité concourante d’IMU (Xsens) dans le calcul d’élévation du bras comparé à un système de capture de mouvements (Vicon) lors de mouvements simples et lors de tâches de manutention; et (2) d’établir la validité discriminante du système d’EMG (Trigno) pour évaluer l’activité musculaire. Méthodologie : Seize sujets ont participé à une séance d’évaluation demandant la réalisation de mouvements simples à l’épaule et de transport de charges (poids et hauteurs de transport variables). Le coefficient de corrélation et l’erreur de mesure (RMSE) ont été calculés afin de comparer les mesures d’amplitude articulaire obtenues à l’aide du Xsens et du Vicon et le root mean square (RMS) ainsi que le pic d’activité musculaire des deltoïdes (antérieurs et moyens) ont été calculés pour déterminer l’effet du poids et de la hauteur (ANOVA à mesures répétées). Résultats : Les coefficients de corrélation entre les amplitudes articulaires obtenues par le Xsens et le Vicon sont élevés (>0,84) et les RMSE sont bas (<11,5°). Un effet significatif du poids et de la hauteur, et un effet d’interaction poids x hauteur ont été observés pour le RMS du deltoïde antérieur (p<0,001) et moyen (p<0,03) et pour le pic d’activité du deltoïde antérieur (p<0,003). Conclusion : L’utilisation combinée du Xsens et du Trigno est un outil intéressant afin d’identifier le niveau de demande de l’emploi, puisqu’ils recueillent des données valides d’amplitude articulaire et d’activité musculaire. / Quantitative assessments of workplace settings are required to diminish the prevalence of work-related shoulder disorders. Recent development of wearable sensors to record muscle activity (electromyography [EMG]; Trigno, Delsys) as well as shoulder range of motion (inertial measurement unit; MVN, Xsens) could potentially be used for such workplace assessments. A systematic review on the validity and reliability of IMUs performed within this thesis identified a knowledge gap for shoulder joint movements during complex tasks. The primary objective of this thesis was therefore (1) to assess the concurrent validity of the Xsens system for assessment of shoulder range of motion compared to a motion capture system (Vicon) during simple movements and working tasks and (2) to establish the discriminative validity of the Trigno EMG system for the evaluation of muscle activity. Methodology: Sixteen subjects participated in one session in which they performed simple movements and work lifting tasks (different weights and lifting heights). The correlation coefficient (r) and the root mean square error (RMSE) were used to compare the data collected by the Xsens and the Vicon. The root mean square EMG envelope (RMS) and the peak EMG activity of anterior and middle deltoids were used to establish the effect of weight and height (repeated measure ANOVA). Results: The correlation coefficient between joint angles measured with the Xsens and the Vicon was high (>0.84) and the RMSE was low (<12.82°). A significant effect of weight, height and a weight x height interaction effect were observed for the RMS (anterior; p<0.001; middle: p<0.03) and the peak EMG activity (anterior; p<0.003). Conclusion: The combination of an inertial measurement unit system and a wireless EMG is a potentially useful tool to assess physical demand in real work context as it provides valid data on muscular activity and range of motion.

Ce mémoire présente les algorithmes et le matériel utilisé dans le cadre de ce projet de localisation de sources sonores affectées par de la distorsion. Le système d’acquisition conçu est un réseau linéaire de capteurs acoustiques. Il permet l’enregistrement de données empiriques et offre une flexibilité dans le choix des paramètres, entre autres l’emploi d’un maximum de 12 capteurs, un espacement flexible entre ceux-ci et une amplification à gain variable. La propagation de l’onde sonore dans l’air est affectée par l’inhomogénéité du milieu, ce qui provoque la distorsion des fronts d’onde. Des algorithmes classiques, qui ne tiennent pas compte de la distorsion, et d’autres récupérant les fronts distordus sont utilisés pour localiser les sources. L’effet de cette distorsion sur la localisation est ainsi observé. Les signaux monochromatiques, utilisant les différences de phase, comme ceux d’impacts, exploitant les différences des temps d’arrivée, sont localisés. / In this project, we present the algorithms and the hardware used to locate acoustic sources affected by distortion. The designed acquisition system is a linear array of acoustic sensors. It allows the recording of experimental data and is flexible for the choice of its parameters. Among others, the system uses up to 12 sensors, a variable spacing between them and variable gain amplification. The propagation of the sound waves in air is affected by the environment inhomogeneity, which causes wavefront distortion. Classical algorithms, which don’t take into account the distortion, and other algorithms, recovering distorted wavefronts, are used to locate sources. The effects of wavefront distortion are then observed. Monochromatic signals, using the phase differences, and impact signals, using time difference of arrivals, are both located.

De nos jours, les normes environnementales sont de plus en plus restrictives. En agriculture, ces restrictions environnementales sont souvent reliées à la quantité d’engrais utilisée dans les sols. Pour s’assurer du respect des normes en vigueur plusieurs analyses de sols et de cours d’eau sont nécessaires. La majorité de ces analyses de sols sont réalisées en laboratoire, ce qui occasionne un délai et des coûts importants. C’est pourquoi les analyses in situ sont de plus en plus envisagées, leur coût théorique étant moindre. L’inconvénient est que les technologies d’analyses in situ visant à réduire le coût d’analyse en laboratoire présentement disponibles deviennent rapidement coûteuses lors d’une utilisation à grande échelle comme dans un champ ou dans une serre hydroponique. L’élaboration d’une nouvelle technologie d’analyse ionique pour le phosphate est présentée dans ce mémoire. Le but de cette technologie est d’analyser le phosphate in situ. Son intérêt est de le réaliser à moindre coût. Cette technologie est basée sur le développement d’un senseur à membrane sélective, présenté ici, dans lequel sera mesurée avec précision l’impédance électrique. Comparativement aux systèmes potentiométriques existants, cette technologie électrique permet l’élimination de composantes coûteuses telles que les électrodes de calomel. La preuve de concept associée au projet sera présentée en première partie. Elle sera suivie de la présentation de l’élaboration d’un prototype, puis de son évolution vers le modèle céramique présentement testé. Les résultats des tests de développement, de la stabilité de la membrane, de la dégradation du senseur, de la sensibilité et de la sélectivité seront exposés. Puis, les résultats du senseur seront soumis à une comparaison et à une analyse en lien avec les quantités de phosphate nécessaires pour l’eutrophisation des eaux. Les standards d’eutrophisation sont des barèmes que notre senseur doit pouvoir atteindre pour permettre l’analyse environnementale. Finalement, un autre modèle de senseur sera présenté, le senseur plan, de même que ses avantages industriels et les tests préliminaires lui étant associés.

La culture cellulaire in vitro a toujours motivé les scientifiques pour découvrir de nouveaux médicaments, explorer de nouvelles thérapies et pour mieux comprendre la biologie cellulaire. Cependant, la culture cellulaire requiert un environnement très bien contrôlé, d'où l'émergence des incubateurs cellulaires commerciaux. Ceci dit, la recherche scientifique requiert l'observation en continu du développement cellulaire dans un environnement contrôlé. Bien que plusieurs approches soient disponibles afin de miniaturiser des instruments pour les intégrer dans un incubateur, peu d'approches ont été abordées avec succès pour miniaturiser un micro-incubateur et l'intégrer dans des systèmes de contrôle. Ainsi, le parallélisme présent dans un système à base de FPGA ajouté à la puissance de calcul des processeurs motive l'intégration d'un système de contrôle de micro-incubateur sur une même puce. La volonté de miniaturiser et d'intégrer plusieurs sous-systèmes de contrôle dans un même système embarqué motive d'autant plus l'utilisation d'une architecture Zynq UltraScale+. Ces travaux de recherche permettent d'intégrer le contrôle d'un micro-incubateur sur une architecture Zynq UltraScale+, de développer une interface graphique conviviale permettant l'observation et le contrôle d'un système de micro-incubateur et, finalement, de tester et valider le fonctionnement de l'implémentation des différents sous-systèmes de contrôle du micro-incubateur. Le développement des éléments de contrôle du micro-incubateur s'effectue à l'aide des outils de Xilinx. Ceux-ci permettent de développer le code VHDL, le code des processeurs temps réels et de compiler un système d'exploitation Linux personnalisé. L'interface graphique est développée avec l'outil QtCreator et intégrée sur le système d'exploitation Linux. Une carte de développement Ultra96 et des cartes électroniques connexes permettent de valider le fonctionnement de l'implémentation du contrôle du micro-incubateur. Toutes les composantes du contrôle du micro-incubateur sont validées en simulation VHDL, intégrées sur la carte Ultra96 et testées. L'interface graphique développée sur le système d'exploitation Linux communique de manière efficace avec les processeurs temps réels afin de permettre le contrôle et l'observation des différents sous-systèmes. / The in vitro cell culture has always motivated scientists to discover new drugs, explore new therapies or for a better understanding of cell biology. However, cell culture requires a very well controlled environment, hence the emergence of commercial cell incubators. Thus, research in this field requires the continuous observation of cell development in a controlled environment, among others. Although several approaches were available to miniaturize tools used in biological research to be integrated into an incubator, few approaches have been successfully addressed to miniaturize a micro-incubator to be integrated into a biological sensor. Thus, the parallelism of an FPGA-based system in addition to the computing performances were key elements for the integration of a micro-incubator control system on the same FPGA. In addition, the miniaturization and integration of several control subsystems in a single on-board systems were a key element to use a Zynq UltraScale + architecture. In this research work we aim to integrate the control system of a micro-incubator on a Zynq UltraScale + architecture and to develop a user-friendly graphical interface to observe and to control of a micro-incubator system. Finally, we aim to test and validate our implementations of the various micro-incubator control subsystems. The development of the micro-incubator's control elements is carried out using Xilinx tools. These allow to develop the VHDL code, the code for real-time processors and to compile a custom Linux operating system. The graphical interface was developed with the QtCreator tool and integrated into the Linux operating system. An Ultra96 development board and related electronic boards were used to validate the operation of the micro-incubator control implementation. All the micro-incubator control components were validated in VHDL simulation, integrated in the Ultra96 card and tested. The graphical interface developed on the Linux operating system communicates with the real-time processors in order to control and to observe various subsystems' behavior.

La nature des réseaux de capteurs sans fil comme ZigBee, permettant la communication entre différents types de nœuds du réseau, les rend très vulnérables à divers types de menaces. Dans différentes applications des technologies sans fil modernes comme SmartHome, les informations privées et sensibles produites par le réseau peuvent être transmises au monde extérieur par des moyens filaires ou sans fil. Outre les avantages offerts, cette intégration augmentera certainement les exigences en matière de protection des communications. Les nœuds capteurs du réseau étant souvent placés à proximité d'autres appareils, le réseau peut être plus vulnérable aux attaques potentielles. Cette recherche de doctorat a pour but d'utiliser les attributs natifs distincts de radiofréquence RF-DNA sécurisés produits par le processus d'empreinte numérique dans le but de fournir un support de communication sans fil sécurisé pour les communications de réseau ZigBee. Ici, nous visons à permettre une discrimination d'appareil en utilisant des préambules physiques (PHY) extraits des signaux émis pas de différents appareils. Grâce à cette procédure, nous pouvons établir une distinction entre différents appareils produits par différents fabricants ou par le même fabricant. Dans un tel cas, nous serons en mesure de fournir aux appareils des identifications physiques de niveau binaire non clonables qui empêchent l'accès non autorisé des appareils non autorisés au réseau par la falsification des identifications autorisées. / The nature of wireless networks like ZigBee sensors, being able to provide communication between different types of nodes in the network makes them very vulnerable to various types of threats. In different applications of modern wireless technologies like Smart Home, private and sensitive information produced by the network can be conveyed to the outside world through wired or wireless means. Besides the advantages, this integration will definitely increase the requirements in the security of communications. The sensor nodes of the network are often located in the accessible range of other devices, and in such cases, a network may face more vulnerability to potential attacks. This Ph.D. research aims to use the secure Radio Frequency Distinct Native Attributes (RF-DNA) produced by the fingerprinting process to provide a secure wireless communication media for ZigBee network device communications. Here, we aim to provide device discrimination using Physical (PHY) preambles extracted from the signal transmitted by different devices. Through this procedure, we are able to distinguish between different devices produced by different manufacturers, or by the same one. In such cases, we will be able to provide devices with unclonable physical bit-level identifications that prevent the unauthorized access of rogue devices to the network through the forgery of authorized devices' identifications.

En raison de leur petite taille, les nanomatériaux présentent des propriétés différentes par rapport à leur homologue à l’échelle macroscopique. Une oscillation collective des électrons de conduction, le plasmon, est observée lorsqu’une nanoparticule métallique (par exemple: Ag, Au, In, Cu) est irradiée à une fréquence spécifique. Dans le cadre de ces travaux de maîtrise, la conception de deux types de capteurs utilisant la plasmonique a été accomplie. Le premier capteur aura pour but de détecter des complexes immuns alors que le second aura pour but de détecter de subtiles variations chimiques. Il est possible d’utiliser la plasmonique pour étudier les variations d’indice de réfraction. La reconnaissance spécifique d’un antigène par un anticorps greffé sur une nanoparticule métallique induit un changement d’indice de réfraction local, affectant ainsi la fréquence du plasmon qui peut être mesurée en spectrophotométrie. Au cours de ce projet de maîtrise, un substrat lamellaire supportant des nanocubes d’argent immobilisés par un film de polydopamine a été préparé pour la détection rapide des complexes immuns. La répétabilité, la sélectivité et la sensibilité de ce biocapteur ont été étudiées. En raison de sa sensibilité et rapidité de mesure, ce type de substrat pourrait devenir un outil intéressant pour contrer la fraude alimentaire. En plus de pouvoir sonder le milieu environnant, les nanoparticules plasmoniques peuvent augmenter la fluorescence intrinsèque de fluorophores positionnés à proximité, ce qui a pour avantages d’augmenter la sensibilité du signal analytique et d’améliorer la photostabilité du fluorophore. La deuxième partie de cette maîtrise porte sur la conception d’une fibre optique supportant des nanoparticules fluorescentes dans le but de détecter de faibles variations chimiques dans un réseau synaptique. Pour ce faire, une nanoarchitecture plasmonique ionosensible a été développée, puis greffée au bout d’une fibre optique. Finalement, une preuve de concept a pu être réalisée afin de montrer l’efficacité et l’applicabilité de ces capteurs fibrés / Due to their relatively small size, nanomaterials display properties different from bulk material. The collective oscillation of conduction electrons, called plasmon, is observed when a metallic nanoparticle (e.g. Ag, Au, In, Cu) is irradiated at a specific wavelength. In this research project, two sensors based on plasmonic properties have been developed and characterized. The first one aims to detect immunocomplexes, while the other one aims at detecting subtle chemical variations. The first sensor will use plasmonics to detect refractive index variations. Specific recognition of an antigen by its corresponding antibody induces a local refractive index and thus affects the plasmon’s frequency, which is measured using spectrophotometry. Throughout this project, a lamellar substrate supporting silver nanocubes coated with a thin film of polydopamine has been prepared for the rapid detection of immunocomplexes. Properties such as repeatability, selectivity, and sensitivity have also been studied. Due to its sensitivity and speed of measurement, this type of substrate could become an interesting tool to fight meat fraud. In addition to being able to detect the surrounding environment, plasmonic nanoparticles can increase the intrinsic fluorescence of a fluorophore positioned nearby, which increases the intensity of the analytical signal and improves the fluorophore’s photostability. The second part of the project will focus on the conception of a fiber optic probe supporting fluorescent nanoparticles in order to detect small chemical variations in synaptic networks. For this purpose, an ionosensitive plasmonic nanoarchitecture has been developed and grafted to the end of a fiber optic. Finally, a proof of concept was done to show the efficiency and applicability of these fibered sensors.

Cette étude traite de l'optimisation de deux types de collecteurs solaires, soit du collecteur solaire plan et du collecteur solaire vertical poreux. Essentiellement, le collecteur solaire plan est disposé sur une surface plane horizontale ou inclinée, et permet de capter la radiation solaire pour la transférer sous forme de chaleur à un fluide circulant par convection forcée dans un ou des tuyaux sous la plaque absorbante. La problématique consiste à déterminer la distribution optimale en termes de géométrie, de matériaux et de régime d'opération dans le but d'une part de maximiser l'efficacité énergétique du système et d'autre part de minimiser le coût total annualisé du système. Cette étude est effectuée sur une période annuelle en considérant les conditions climatiques mensuelles moyennes de la région de Québec. Un modèle mathématique permettant de résoudre analytiquement ce problème est élaboré dans le but de réaliser numériquement l'optimisation énergétique alors que les algorithmes génétiques (AG) sont utilisés pour réaliser l'optimisation économique du collecteur solaire plan. Pour ce qui est du collecteur vertical poreux, il est constitué de deux plaques verticales dont l'une reçoit de la radiation solaire. L'écoulement entre les plaques peut être généré naturellement par le réchauffement du fluide ou encore peut être amplifié par l'ajout d'un système de pompage externe. Les champs de vitesse et de température sont déterminés par la résolution numérique des équations de NavierStokes adaptées pour un écoulement en milieu poreux et l'équation de la conservation de l'énergie, utilisant la technique des volumes finis. L'optimisation de paramètres géométriques ainsi que d'un paramètre d'opération est finalement réalisée en considération de différents écoulements dans le but de maximiser le transfert d'énergie au fluide. / Solar energy is currently regarded as a way to reduce the impact on global Earth warming of the increasing energetic needs. Solar heating is investigated in this paper with the study of two kinds of solar heat collectors. The optimal configuration of a solar flat plate collector that allows maximum heat transfer from solar radiation to the fluid circulating within the System is investigated with consideration of pumping power needed to operate in an optimal regime. The study is done for a collector working over an entire year in Québec City. Shape factor and number of elementary collectors are optimized under mass, absorbing surface area and pipes volume constraints. An economic analysis of the flat plate collector is next considered, for which dimensioning the system becomes possible. Economic performance is maximized with a numeric code, using a genetic algorithm (GA). A thermal limit is added for this case and mass, absorbing surface area, pipes volume, material, number of glass covers, form factor and the number of elementary collectors are optimized with the objective of minimizing the total annual cost of the flat plate collector. Next, the thermal performance of a porous solar wall is investigated. The system studied is a porous media between two vertical plates in which a fluid circulates. The fluid is driven by natural convection resulting from the heating of one vertical plate. The thermal performance is evaluated with a CFD code based on the finite volume approach. Shape factor is optimized and the possibility of adding a pumping system is studied to increase thermal performance.

A wireless sensor network (WSN) consists of a large number of sensor nodes that are capable of detecting many types of information from the environment, including temperature, light, humidity, radiation and seismic vibrations. Current applications of WSNs include: physical security, air traffic control, video surveillance, environment and building monitoring. Such applications require that each sensor node knows its exact location. In this context, the received signal strength indicator (RSSI) is often used for distance measurements between the sensor nodes. This thesis presents a method for the evaluation of the RSSI properties in application to node localization in WSN. More specifically, a WSN application is implemented for collecting RSSI measurement in different conditions. The application consists of two parts: an experiment control script which runs on a computer, and an experiment mote firmware which runs on each WSN node. Statistical analysis of variance (ANOVA) was performed to determine the factors affecting the RSSI measurements. Result analysis shows that: the relation between RSSI values and distances depends on the environment; the used WSN motes are manufactured with enough precision, as the differences between the motes are insignificant; even if the RSSI measurements have significant variation, the mean RSSI values correlate with the distances; using different transmission power levels can provide additional information about the distances.