Thèse de doctorat : Automatique : Nancy 1 : 2009. / Titre provenant de l'écran-titre.

Thèse de doctorat : Génie des Systèmes Industriels : INPL : 2008. / Titre provenant de l'écran-titre.

Dans plusieurs secteurs d'activité comme l'aéronautique, l'informatique, les télécommunications, l'environnement, le transport et autres, les décideurs sont confrontés à des problèmes de complexité grandissante. Il peut s'agir d'optimiser le trajet d'un véhicule, de minimiser des coûts de production, de supporter la prise de décision, d'améliorer les performances d'un circuit électronique ou encore d'ordonnancer les processus dans un système informatique. Dans de nombreux cas, le problème à résoudre peut s'exprimer comme un problème d'optimisation combinatoire qui est rarement uni-objectif. En effet, la plupart des problèmes d'optimisation combinatoire rencontrés dans la pratique nécessitent l'optimisation simultanée de plusieurs objectifs souvent contradictoires. C'est par exemple le cas pour le problème d'ordonnancement de voitures. Toutefois, malgré l'intérêt indéniable d'aborder les problèmes industriels d'un point de vue multi-objectifs, plusieurs auteurs ont noté, en recensant la littérature, que les chercheurs s'attardaient principalement à des contextes théoriques de base. En contexte multi-objectifs, l'utilisation de métaheuristiques s'avère souvent d'une grande utilité. Parmi les métaheuristiques, les algorithmes évolutionnaires, et plus particulièrement les algorithmes génétiques, se sont distingués comme étant des techniques bien adaptées à la résolution de problèmes multi-objectifs notamment à cause de leur faculté à exploiter de vastes espaces de recherche et à générer des compromis multiples en une seule étape d'optimisation. Les algorithmes génétiques tentent de simuler le processus de sélection naturelle dans un environnement hostile lié au problème à résoudre en s'inspirant des théories de l'évolution proposées par Darwin et des méthodes de combinaison de gènes introduites par Mendel. Dans cette thèse, nous proposons des approches de résolution efficaces basées sur des algorithmes évolutionnaires permettant de supporter la prise de décision pour des problèmes d'ordonnancement industriel multi-objectifs comme le problème d'ordonnancement de voitures. En particulier, nous présentons dans un premier temps deux nouveaux opérateurs de croisement pour le problème théorique d'ordonnancement de voitures. Nous mettons ainsi en évidence l'importance d'utiliser des opérateurs génétiques dédiés à la problématique étudiée et ce, même lorsque l'emploi d'opérateurs naturels est possible. Une fois cette étape réalisée, nous proposons deux schémas de coopération entre algorithmes évolutionnaires et méthodes exactes pour résoudre le problème théorique d'ordonnancement de voitures. Par la suite, nous abordons la résolution du problème industriel d'ordonnancement de voitures en proposant un algorithme génétique efficace qui permet de résoudre le problème de manière îexicographique. Finalement, nous abordons la problématique industrielle d'ordonnancement de voitures d'un point de vue intégralement multi-objectifs en développant un algorithme Pareto générique qui hybride des concepts issus des algorithmes génétiques avec des concepts issus de la métaphore immune. C'est, à notre connaissance, le premier travail de recherche qui considère la problématique industrielle d'ordonnancement de voitures en traitant les objectifs simultanément sans leur attribuer d'ordre ou de poids. En plus d'avoir produit d'excellents résultats sur le problème industriel d'ordonnancement de voitures, l'approche proposée s'est aussi montrée particulièrement efficace sur un benchmark classique en optimisation multi-objectifs (le problème de sac à dos multi-objectifs). Ces résultats mettent en évidence l'intérêt pratique de ce genre d'approches en contexte industriel.

Les systèmes de pompage utilisent à eux seuls environ 21 % de toute l'énergie électrique consommée par l'industrie. Le remplacement du contrôle «débitmètre-vanne de restriction» par la régulation «débitmètre-moteur à vitesse variable» permet des réductions substentielles des coûts d'opération. Toutefois, ce seul changement ne permet pas la pleine exploitation du potentiel d'économie. Car, l'entraînement aussi efficace soit-il, demeure subordonné au «profil» de pertes de charge du réseau et aux performances de la pompe. Afin de mieux définir le fonctionnement des systèmes de pompage en ce point, l'objectif de l'étude est de: -1) quantifier les pertes de charge linéaires de la Pâte Thermo-Chimico-Mécanique (PTCM) selon trois modèles de pertes de charge linéaires; -2) vérifier l'application du modèle numérique de fonctionnement des pompes de IONEL sur les courbes caractéristiques expérimentales obtenues pour l'eau et la PTCM. Pour ce faire, un banc d'essai d'«hydrotransport» a été conçu et instrumenté à l'UQAC. Les essais ont commencé par une caractérisation des conduites et de la pompe avec de l'eau et ont été poursuivis avec de la PTCM. Les modèles de pertes de charge étudiés n'ont pas permis une corrélation adéquate des données sur l'ensemble des conditions expérimentées. Néanmoins, le modèle adimensionnel de MOLLER semble le plus consistant pour estimer les pertes de charge de la PTCM. Le modèle de fonctionnement des pompes centrifuges de IONEL a été utilisé avec succès lors du pompage de l'eau. Toutefois, les données recueillies pour le pompage de la PTCM n'ont pu être correlées avec autant de rigueur. Mais, l'analyse des performances permet de constater avec réserve que la «crête» de rendement optimal se déplace vers de plus grand débit lorsque la concentration augmente. La caractérisation numérique a été entreprise dans le but de libérer la conception et la régulation des systèmes de pompage, des contraintes graphiques usuelles et de permettre leur informatisation.

Ce projet vise la détermination des concentrations de AI2O3, de NaOH et de dans divers échantillons de liqueur Bayer synthétique en exploitant les variations spectrales de Tabsorbance et de l'indice de réfraction du mélange en fonction de sa composition chimique. L'expérimentation a été réalisée entièrement à l'Université du Québec à Chicoutimi au cours de l'automne 2004, y compris la préparation des liqueurs synthétiques à l'aide d'un chiffrier EXCEL fourni par le Centre de recherche et de développement Arvida. Les mesures d'absorbance ont été réalisées sur un spectrophotomètre UV-VIS-NIR Zeiss PMQII aux longueurs d'onde entre 250 et 1700 nanometres. Pour les mesures d'indice de réfraction, un spectroréfractomètre prototype a été conçu, dans le but d'atteindre une précision de 0,00002 en indice de réfraction et couvrant le domaine spectral 350-1100 nanometres. Trente-cinq combinaisons de concentrations ont été utilisées en concordance avec un protocole expérimental du type "plan central composite rotatable". Ce protocole garantit une répartition systématique des trois concentrations, de telle sorte que chacune peut être considérée à tour de rôle comme une variable indépendante. Les grandeurs mesurées servent alors de prédicteurs à l'intérieur d'un modèle statistique dont l'inversion fournira les concentrations pour des échantillons inconnus. Comme exemples de tels prédicteurs, il y a l'indice de réfraction moyen dans le visible, l'absorbance à 265 nm, la dérivée seconde de cette absorbance, l'absorbance infrarouge, etc. Dans l'ultraviolet aux longueurs d'onde voisines de 265 nm, l'absorbance est principalement contrôlée par la concentration en alumine, alors que dans l'infrarouge aux longueurs d'onde voisines de 1680 nm, l'absorbance est principalement contrôlée par la concentration en caustique. Par des mesures de densité optique uniquement, ces deux concentrations sont obtenues avec une indétermination typique de 5% en raison de l'influence mineure du carbonate sur l'absorbance. Une mesure additionnelle d'indice de réfraction dans un domaine spectral approprié est nécessaire pour déterminer indépendamment la concentration en carbonate et diminuer ainsi l'incertitude sur les concentrations en caustique et alumine à environ 1%.

Th. doct.-ing.--Génie chim.--Grenoble--I.N.P.G., 1984. N°: DI 471.

Diss.--Universität Freiburg im Breisgau, 1988. / Bibliogr. p. [200]-220.

The general objective of the present study is to develop a new aluminum wrought alloy which can be fabricated by conventional ingot metallurgy route for elevated-temperature applications (250°C-350°C). Al-Mn-Mg 3xxx alloys were chosen to be the base alloy. In order to improve the elevated-temperature mechanical properties, the compositions of materials need to be optimized. The influence of Mg, Si, Sc, Zr and Cu elements on the microstructure and mechanical properties at both ambient and elevated temperatures were investigated. More over, the nucleation mechanism of α-Al(MnFe)Si dispersoids was studied. In this study, transmission electron microscope, scanning electron microscope and optical microscope equipped with an image analysis system were used to observe and quantitatively analyze the material microstructure. The mechanical properties at ambienttemperature were evaluated by Vickers micro-hardness measurements and compression yield strength tests. The elevated-temperature mechanical properties as well as the creep properties were measured by compression yield strength tests and creep tests at elevated temperature. The results obtained were divided into following four parts. In the first part, the effects of magnesium and silicon addition on microstructure, elevated-temperature yield strength and creep resistance of Al-Mn-Mg 3xxx alloys were investigated. Results revealed that both magnesium and silicon had an important influence on the distribution and volume fraction of precipitated dispersoids in 3xxx alloys. Without Mg or Si addition, dispersoids could hardly form during the precipitation heat treatment; hence, the alloys free of Mg or Si possessed low yield strength and creep resistance at elevated temperature. A significant improvement in elevated-temperature yield strength and creep resistance was obtained over a wide range of Mg (0.5-1.5 wt%) and Si (0.25-1 wt%) content studied due to the precipitation of a large number of dispersoids. The best combination of yield strength and creep resistance at 300 ℃ was obtained by the alloy containing 1.0 wt% Mg and 0.25 wt% Si with the maximum volume fraction of dispersoids and the minimum volume fraction of dispersoid free zone. In the second part, the effect of metastable Mg2Si and dislocations on the formation of α-Al(MnFe)Si dispersoids were studied by a close examination of the dispersoid precipitation process using the quench technique and TEM observation. Special attentions were paid on the nucleation mechanisms. Mg plays an important role in promoting the formation of α-Al (Mn,Fe)Si dispersoids. The number density and volume fraction of dispersoids in the Mg containing alloy are much higher than that in the Mg-free control, resulting in a strong dispersoid strengthening effect. During heating process in the Mg containing alloy, metastable Mg2Si precipitated and dissolved, leaving local Si-rich areas on pervious metastable Mg2Si, which provide favorable nucleation sites for α-Al (Mn,Fe)Si dispersoids. It is found that β’-Mg2Si precipitates were more effective on the promotion of the dispersoid nucleation than β’’-Mg2Si. In the deformed sample, the dislocations become the preferable sites for the α-Al (Mn,Fe) Si dispersoid nucleation. By reducing dispersoid free zones, the dispersoid distribution became more uniform compared to the non-deformed sample. The dispersoid nucleation mechanisms based on both metastable Mg2Si and dislocations are proposed and discussed. In the third part, Sc and Zr were added in Al-Mn-Mg 3004 alloy to form two populations of strengthening particles (50-70 nm α-Al (Mn,Fe)Si dispersoids and 6-8 nm Al3(Sc,Zr)precipitates) and their strengthening effects on mechanical properties and creep resistance at ambient and elevated temperatures were studied. Results showed that the microhardness and yield strength at ambient temperature greatly increased due to the Sc and Zr addition. The creep resistance at 300 ℃ significantly improved due to the precipitation of fine Al3 (Sc,Zr). However, the yield strength at 300 ℃ did not change with increasing Sc andZr contents. The combined effects of α-Al (Mn,Fe)Si dispersoids and Al3(Sc,Zr) precipitates on the yield strengths at 25 ℃ and 300 ℃ were quantitatively analyzed based on the Orowan bypass mechanism and the dislocation climb mechanism. In the fourth part,the effect of Cu addition on the dispersoid precipitation, mechanical properties and creep resistance were investigated. Cu addition promotes the dispersoid precipitation by increasing the number density and decreasing the size of dispersoids. Metastable Q-AlCuMgSi and β’-Mg2Si precipitates were observed during heating process and both can provide favorable nucleation sites for dispersoids. The addition of Cu improves the thermal stability of dispersoids during a long-term thermal holding at 350 ºC for 500 h. Results of mechanical testing show that the addition of Cu significantly improves the hardness at ambient temperature as well as yield strength and creep resistance at 300 ºC, which is mainly attributed to the dispersoids strengthening and Cu solid solution strengthening. The yield strength contribution at 300 ºC is quantitativelyevaluated based on the analytical solution. L’objectif général de cette thèse est de développer un nouvel alliage d’aluminium forgé pouvant être fabriqué par la méthode conventionnelle de métallurgie des lingots pour des applications à haute température (250°C-350°C). Les alliages Al-Mn-Mg de la série 3xxx ont été sélectionnés comme base pour cette étude. Afin d’améliorer les propriétés mécaniques à haute température, les compositions de matériaux ont été optimisées. L’influence des éléments Mg, Si, Sc, Zr et Cu sur la microstructure et les propriétés mécaniques aux températures ambiantes et élevées ont donc été étudiés. De plus, le mécanisme de nucléation des dispersoïdes α-Al (MnFe) Si a été étudié. Dans cette étude, le microscope électronique à transmission (TEM), le microscope électronique à balayage (SEM) et le microscope optique (MO), équipés de systèmes d’analyse d’images, ont été utilisés pour observer et analyser quantitativement la microstructure du matériau développé. Les propriétés mécaniques à température ambiante ont été évaluées par des mesures de microdureté Vickers et des tests de résistance à la compression. Les propriétés mécaniques ainsi que les propriétés de fluage à haute température ont été mesurées par des essais de résistance au cisaillement et des essais de fluage. Les résultats obtenus sont présentés dans les quatre sections suivantes. Dans la première section, les effets de l’addition des Dans la première section, les effets de l’addition des éléments Mg et Si sur la microstructure, la limite d’élasticité et la résistance au fluage à température élevée des alliages 3xxx Al-Mn-Mg ont été étudiés. Les résultats ont révélé que le Mg et le Si avaient une influence importante sur la distribution et la fraction volumique des dispersoïdes précipités dans ces alliages. Sans addition de Mg ou de Si, les dispersoïdes pouvaient difficilement se former pendant le traitement thermique par précipitation; par conséquent, les alliages exempts de Mg ou Si possédaient une faible limite d’élasticité et une faible résistance au fluage à température élevée. Une amélioration significative de la limite d’élasticité et la résistance au fluage à température élevée a été obtenue sur une large gamme de Mg (0.5 à 1.5% en poids) et de Si (0.25 à 1% en poids) contenus, en raison de la précipitation d’un grand nombre de dispersoïdes. La meilleure combinaison de limite d’élasticité et de résistance au fluage à 300°C a été obtenue avec un alliage contenant 1.0% en poids de Mg et 0.25% en poids de Si offrant ainsi une fraction volumique maximale des dispersoïdes et une fraction de volume minimum de la zone exempte de dispersus. Dans la deuxième section, l’effet du composé métastable Mg2Si et des dislocations sur la formation des dispersoïdes α-Al (MnFe) Si a été étudié par un examen attentif du processus de précipitation des dispersoïdes, en utilisant la technique de trempe et l’observation au TEM. Une attention particulière a été accordée aux mécanismes de nucléation. L’élément Mg joue un rôle important en favorisant la formation de dispersoïdes de α-Al (Mn, Fe) Si. La densité et la fraction volumique des dispersoïdes dans l’alliage contenant du Mg sont beaucoup plus élevées que celles du contrôle sans Mg, ce qui entraîne un forteffet de renforcement des dispersoïdes. Pendant le processus de chauffage dans l’alliage contenant du Mg, l’élément métastable Mg2Si a été précipité et dissous, laissant des zones riches en Si locales sur le Mg2Si métastable perméable, fournissant ainsi des sites de nucléation favorables à l’obtention de dispersoïdes α-Al (Mn, Fe) Si. On constate que les précipités de β’-Mg2Si ont été plus efficaces à favoriser la nucléation des dispersoïdes que le β’’-Mg2Si. Dans l’échantillon déformé, les dislocations deviennent des sites favorisant la nucléation de dispersoïdes α-Al (Mn, Fe) Si. En réduisant les zones exemptes de dispersus, la distribution des dispersoïdes est devenue plus uniforme par rapport à l’échantillon non déformé. Des mécanismes de nucléation desdispersoïdes, basés sur l’élément métastable Mg2Si et les dislocations, sont proposés et discutés. Dans la troisième section, les éléments Sc et Zr ont été ajoutés à l’alliage Al-Mn-Mg 3004 afin de former deux populations de particules de renforcement (dispersoïde de 50-70nm α-Al (Mn,Fe)Si et précipités de 6-8nm Al3 (Sc,Zr) ). Leurs effets de renforcement sur les propriétés mécaniques et la résistance au fluage à température ambiante et élevée ont été étudiés. Les résultats ont montré que la microdureté et la limite d’élasticité à la température ambiante augmentaient considérablement en raison de l’addition de Sc et Zr. La résistance au fluage à 300°C a été considérablement améliorée en raison de la précipitation de Al3 (Sc,Zr). Cependant, la limite d’élasticité à 300°C n’a pas changé en augmentant le contenu de Sc et Zr. Les effets combinés des dispersoïdes α-Al (Mn, Fe) Si et Al3 (Sc, Zr) précipités sur les limites d’élasticité à 25°C et 300°C ont été analysés quantitativement en fonction du mécanisme de dérivation Orowan et du mécanisme d’escalade des dislocations. Dans la quatrième section, l’effet de l’addition de l’élément Cu sur la précipitation des dispersoïdes, les propriétés mécaniques et la résistance au fluage a été étudié. L’addition de cuivre favorise la précipitation des dispersoïdes en augmentant leur densité, mais en diminuant leur taille. Les précipités métastables Q-AlCuMgSi et β’-Mg2Si ont été observés pendant le processus de chauffage et les deux peuvent fournir des sites de nucléation favorables aux dispersoïdes. L’addition de Cu améliore la stabilité thermique des dispersoïdes lors de tenue thermique à long terme, à 350°C pendant 500h. Les résultats des essais mécaniques montrent que l’addition de Cu améliore significativement la dureté à la température ambiante ainsi que la résistance au choc et la résistance au fluage à 300°C, ce qui est principalement attribué au renforcement des dispersoïdes et au renforcement de la solution solide de Cu. La contribution à la limite d’élasticité à 300°C est évaluée quantitativement en fonction d’une solution analytique.

Au Québec, la Durée Moyenne de Séjour (DMS) des patients dans les départements d’urgence dépasse 16 heures; une situation inacceptable par les patients, les équipes médicales et les administrateurs des hôpitaux. Ce phénomène d’encombrement des urgences est attribuable à divers facteurs souvent externes à ces départements. Afin de réduire le DMS aux urgences, cette thèse propose quatre contributions majeures. La première contribution consiste dans le développement de modèles de prévision des demandes de soins et d’hospitalisation selon un regroupement des patients par Catégories Majeures de Diagnostique (CMD). La deuxième contribution est la définition d’une nomenclature stochastique selon un regroupement des patients. Cette nomenclature permet de convertir la demande de soin dès l’étape de triage en besoin de ressources nécessaires pour répondre à cette demande. La troisième et la quatrième contribution sont l’analyse de l’effet du concept des cellules dynamiques appliqué aux salles d’examen et du Fast Track externe sur des indicateurs de performance du département d’urgence. Cette analyse utilise la modélisation simulatoire conjointement à des plans d’expérience. Cette thèse a contribué à l’avancement de la recherche par deux articles de revue avec comité de lecture et deux présentations de conférence avec comité de lecture. In Quebec, the average length of stay of patients in emergency departments exceeds 16 hours; an unacceptable situation for patients, medical teams and hospital administrators. This situation of overcrowding in emergency departments is attributed to various factors often external to these departments. In order to reduce the Length of stay in emergency departments, this thesis proposes four major innovations. The first innovation consists in the development of models for forecasting the emergency department visits and hospitalization according to a grouping of patients by Major Category of Diagnostic. The second innovation is the definition of a stochastic Bill Of Resources according to a grouping of patients. This Bill Of Resources converts the demand for care at the triage stage into a need of the resources necessary to meet the demand of care. The third and fourth innovation is the analysis of the effect of the dynamic cell concept applied to examination rooms and the external Fast Track on emergency department performance indicators. This analysis uses simulation tools in conjunction with experimental designs. This thesis contributed to the advancement of the research by two refereed journal articles and two refereed conference presentations.

Dans plusieurs secteurs d'activité comme l'aéronautique, l'informatique, les télécommunications, l'environnement, le transport et autres, les décideurs sont confrontés à des problèmes de complexité grandissante. Il peut s'agir d'optimiser le trajet d'un véhicule, de minimiser des coûts de production, de supporter la prise de décision, d'améliorer les performances d'un circuit électronique ou encore d'ordonnancer les processus dans un système informatique. Dans de nombreux cas, le problème à résoudre peut s'exprimer comme un problème d'optimisation combinatoire qui est rarement uni-objectif. En effet, la plupart des problèmes d'optimisation combinatoire rencontrés dans la pratique nécessitent l'optimisation simultanée de plusieurs objectifs souvent contradictoires. C'est par exemple le cas pour le problème d'ordonnancement de voitures. Toutefois, malgré l'intérêt indéniable d'aborder les problèmes industriels d'un point de vue multi-objectifs, plusieurs auteurs ont noté, en recensant la littérature, que les chercheurs s'attardaient principalement à des contextes théoriques de base. En contexte multi-objectifs, l'utilisation de métaheuristiques s'avère souvent d'une grande utilité. Parmi les métaheuristiques, les algorithmes évolutionnaires, et plus particulièrement les algorithmes génétiques, se sont distingués comme étant des techniques bien adaptées à la résolution de problèmes multi-objectifs notamment à cause de leur faculté à exploiter de vastes espaces de recherche et à générer des compromis multiples en une seule étape d'optimisation. Les algorithmes génétiques tentent de simuler le processus de sélection naturelle dans un environnement hostile lié au problème à résoudre en s'inspirant des théories de l'évolution proposées par Darwin et des méthodes de combinaison de gènes introduites par Mendel. Dans cette thèse, nous proposons des approches de résolution efficaces basées sur des algorithmes évolutionnaires permettant de supporter la prise de décision pour des problèmes d'ordonnancement industriel multi-objectifs comme le problème d'ordonnancement de voitures. En particulier, nous présentons dans un premier temps deux nouveaux opérateurs de croisement pour le problème théorique d'ordonnancement de voitures. Nous mettons ainsi en évidence l'importance d'utiliser des opérateurs génétiques dédiés à la problématique étudiée et ce, même lorsque l'emploi d'opérateurs naturels est possible. Une fois cette étape réalisée, nous proposons deux schémas de coopération entre algorithmes évolutionnaires et méthodes exactes pour résoudre le problème théorique d'ordonnancement de voitures. Par la suite, nous abordons la résolution du problème industriel d'ordonnancement de voitures en proposant un algorithme génétique efficace qui permet de résoudre le problème de manière îexicographique. Finalement, nous abordons la problématique industrielle d'ordonnancement de voitures d'un point de vue intégralement multi-objectifs en développant un algorithme Pareto générique qui hybride des concepts issus des algorithmes génétiques avec des concepts issus de la métaphore immune. C'est, à notre connaissance, le premier travail de recherche qui considère la problématique industrielle d'ordonnancement de voitures en traitant les objectifs simultanément sans leur attribuer d'ordre ou de poids. En plus d'avoir produit d'excellents résultats sur le problème industriel d'ordonnancement de voitures, l'approche proposée s'est aussi montrée particulièrement efficace sur un benchmark classique en optimisation multi-objectifs (le problème de sac à dos multi-objectifs). Ces résultats mettent en évidence l'intérêt pratique de ce genre d'approches en contexte industriel.