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La fabrication additive regroupe une famille de procédés de mise en forme des métaux permettant la fabrication de pièces à géométrie complexe qui n’étaient pas réalisables auparavant. Selon l'industrie, cette nouvelle technologie est intéressante au niveau économique et au niveau des nouvelles possibilités de conception de pièces que celle-ci rend maintenant possible. Parmi les nombreux procédés de fabrication, la Déposition sous Énergie Dirigée (DED) se distingue des autres technologies de fabrication additive par sa méthode de déposition de matière particulière. Utilisant une puissante source d’énergie sous la forme d’un laser, d’un faisceau d’électrons ou d’un arc plasma, celle-ci permet de créer des pièces en 3 dimensions à l’aide de poudre ou de fil d’apport. La DED est notamment reconnue pour sa capacité à réparer des pièces de manière efficace et sa facilité à créer des pièces présentant des gradients de composition chimique. Ces deux applications particulières ont fait l’objet de trois projets de recherche distincts qui composent ce mémoire de maîtrise. Le premier s’intéresse aux propriétés mécaniques de composites à matrice métalliques d’alliage detitaneTi-6Al-4V renforcés à l’aide de carbures de tungstène conçus à l’aide d’un appareil de type DED. Le second explore les propriétés mécaniques et la microstructure de pièces d’acier inoxydable 316L-Si entièrement construites et réparées avec un appareil DED. Finalement, le dernier ouvrage s’intéresse aux propriétés mécaniques et à la microstructure de pièces d’alliage d’aluminium AlSi7Mg entièrement construites et réparées grâce à la DED. / Additive Manufacturing (AM) is a novel manufacturing process that allows the creation of complex shaped metallic parts from scratch in a layer-by-layer fashion conversely to conventional subtractive processes. This new technology is interesting for many manufacturing industries since it can enable significant cost savings and allows the creation of completely new and more efficient designs that were not achievable before. Directed Energy Deposition (DED) is a sub-category of AM processes that set itself apart from the others with its clever deposition process design.Using a high-density energy source such as an electron beam, a laser or a plasma arc, this process melts feedstock in powder or wire form onto a base plate the create a dense depositand a final part in an iterative way. Thanks to its deposition process, DED apparatuses can create Functionally Graded Materials (FGM) parts exhibiting varying mechanical or physical properties within their volume and repair defective or broken parts. These two main applications were the subject of three different studies that are presented in this master’s thesis. In the first one, complex shaped Ti-6Al-4V Metal Matric Composites (MMC) reinforced with different fraction of tungsten carbides (WC) created with a DED apparatus were studied in terms of mechanical behavior and wear properties.The next paper looked at tensile properties and microstructure of completely built and repaired 316L-Si stainless steel parts with DED. Finally, the last one studied the microstructure and the mechanical properties of entirely built and repaired AlSi7Mgparts using DED.

L'impression 3D de produits pharmaceutiques pourrait offrir des solutions pour la fabrication de médicaments au point d'intervention, c'est-à-dire la fabrication de produits pharmaceutiques au chevet des patients. Toutefois, dans la pratique, des considérations réglementaires demeurent des obstacles au déploiement de médicaments personnalisés imprimés en 3D. Pour mettre en œuvre efficacement cette approche, des méthodes doivent être développées pour garantir la qualité et l'utilisabilité des produits pharmaceutiques imprimés en 3D, en particulier les matériaux mous. Dans cette étude, nous nous sommes penchés sur deux problèmes liés aux médicaments imprimés au chevet du patient : le contrôle de la qualité et le processus de livraison. Le contrôle de la qualité : La fabrication au chevet du patient implique un circuit de distribution dans lequel un sponsor (c'est-à-dire une entreprise) commercialise une technologie permettant aux cliniciens de fabriquer un produit pharmaceutique localement. Pour aider les cliniciens à mieux contrôler la qualité des médicaments fabriqués, le promoteur doit fournir des procédures opératoires normalisées (POS) solides sur lesquelles les cliniciens peuvent s'appuyer. Pour ce faire, une meilleure compréhension des processus d'impression 3D est nécessaire. Nous émettons l'hypothèse que la combinaison du traitement d'images avec des analyses de plans d'expérience (DoE) et l'apprentissage automatique (ML) pourrait améliorer la compréhension du processus d'impression 3D. Nous avons étudié l'impact de trois paramètres critiques du processus (vitesse d'impression, pression d'impression et pourcentage de remplissage) sur trois attributs critiques de qualité (AQC) (poids du gel, surface totale et hétérogénéité). Les échantillons ont été imprimés dans une forme cylindrique simple, avec différents paramètres d'impression, sur une imprimante Cellink BioX. La DoE et l'apprentissage automatique ont généré des modèles prédictifs pour chaque AQC. Les approches DoE et d'apprentissage automatique ont respectivement obtenu environ 50 % et 72 % de précision. Ces résultats montrent que l'algorithme d'apprentissage automatique offre un modèle prédictif amélioré par rapport aux équations fournies par les analyses DoE. En utilisant l'algorithme et leurs ensembles de données expérimentales, les promoteurs des technologies d'impression 3D pourraient donc établir les paramètres d'impression qui sont les moins susceptibles d'échouer au chevet du patient (i.e., une SOP « infaillible ») et qui pourront assurer la qualité du médicament imprimé en 3D, dans divers contextes et environnements. Processus de livraison : Pour administrer des matériaux souples imprimés en 3D, des méthodes doivent être développées pour permettre leur manipulation, tout en préservant l'intégrité structurelle de l'objet. Notre hypothèse est qu'un support plastique flexible peut être utilisé pour transformer les matériaux imprimés en 3D en formats injectables. Nos objectifs sont de caractériser les dimensions et la géométrie du support plastique et de confirmer sa capacité à contenir et à délivrer des liquides de différentes viscosités. À l'instar d'une seringue, ce dispositif est envisagé comme un baril avec un piston qui peut être utilisé pour pousser et administrer l'hydrogel. Différentes géométries de supports plastiques (symétriques et asymétriques) ont été comparées. La capacité du support plastique à contenir et à délivrer des liquides de différentes viscosités a été établie par gravimétrie (à l'aide d'un gel modèle). Nous avons montré que lorsqu'un baril en plastique est en position horizontale, il est capable de contenir tout le liquide, quelle que soit sa viscosité. En revanche, lorsque le baril est positionné verticalement, la capacité de rétention varie entre 45 et 100 % en fonction de la structure de fermeture du dispositif et de la viscosité du gel. Nous avons également démontré qu'il y a généralement une perte de gel lors de l'injection, allant de 20 à 75 % de la quantité totale de gel, en fonction de la viscosité du gel et de la structure du cylindre. Ensuite, trois modèles d'impression d'hydrogel ont été étudiés pour imprimer le gel sur le dispositif de plastique pliable (monolithe, quatre prismes et un grand prisme). L'objectif était d'évaluer l'intégrité de la structure du gel à différentes étapes, notamment après l'impression, après la fermeture du support et après l'extrusion. Les résultats ont montré que le gel conserve son intégrité au cours de ces étapes, en particulier lorsque deux hydrogels sont imprimés conjointement. Les images en fluorescence ont également prouvé que les deux gels ne se mélangent pas, lors de la manipulation du support et après l'extrusion hors du cylindre. En optimisant encore l'approche, la structure pliable pourrait offrir des solutions pour l'injection de matériaux souples imprimés en 3D afin d'améliorer la fabrication de médicaments au chevet du patient. / The 3D printing of pharmaceutical products could offer solutions for point-of-care drug manufacturing - that is, the fabrication of drug products at the bedside of patients. However, in practice, regulatory considerations remain obstacles to the deployment of personalized 3D printed drugs. To efficiently implement this approach, methods must be developed to ensure the quality and usability of 3D-printed pharmaceuticals, specifically soft materials. In this study, we have looked into two problems with on-site printed drugs: quality control and the delivery of soft materials. Quality control: Point-of care manufacturing would involve a distribution loop where a sponsor (i.e., a company) would market a technology allowing clinicians to fabricate a drug product at the bedside of their patients. To help clinicians have a better control over the quality of the drug they fabricate, sponsors must provide robust and reliable standard operating procedures (SOP). To achieve this, better understanding of the 3D printing processes is necessary. We hypothesize that combining image processing with design of experiment (DoE) analyses and machine learning (ML) could increase the understanding of the 3D printing process. Herein, we investigated the impact of three critical process parameters (printing speed, printing pressure and infill percentage) on three critical quality attributes (CQA) (gel weight, total surface area and heterogeneity). Samples were printed in a simple cylinder shape, under different printing parameters, using a Cellink BioX printer. Both DoE and ML generated predictive models for each CQA. Using independent data, the accuracy of the DoE and machine learning approaches reached approximately 50% and 72%, respectively. These results support that the ML algorithm offers an improved predictive model, compared to the equations provided by DoE analyses. Using the algorithm and their experimental datasets, sponsors of 3D printing technologies could therefore establish printing parameters that are the least susceptible to fail at the point-of-care (i.e, "infallible" SOP) and can provide reliable 3D printed materials at the point of care, in a variety of conditions and environments. Delivering process: To administer 3D-printed soft materials, methods must be developed to enable their handling, while preserving the object's structural integrity. Our hypothesis is that a flexible plastic support can be used to transform 3D printed materials into an injectable object. Our objectives are to characterize the dimensions and the geometry of the plastic support and confirm its ability to hold and deliver liquids of different viscosity. Comparable to a syringe, this device is designed as a barrel with a piston that can be used to push and deliver the hydrogel. Different geometries for plastic support (symmetrical and asymmetrical designs) were compared. The ability of the plastic support to hold and deliver liquids of different viscosity was established gravimetrically (using a model gel). We have shown that when a plastic barrel is in a horizontal position, it is able to hold liquids, regardless of their viscosity. In contrast, when the barrel is positioned vertically, the total liquid retained in the syringe varies between 45 and 100%, depending on the type of barrel closure and the gel viscosity. We have also demonstrated that there is typically a gel lost during injection, ranging from 20% to 75% of the total amount of gel, depending on both the gel viscosity and the barrel structure. For the 3D printing of soft hydrogels, three printing patterns were studied to print the gel on the folding mat (monolith- four prism and one large prism). The objective was to evaluate the integrity of the printed gel at different steps: after printing, after closing the support, and after extrusion. The results showed that the gel maintains its integrity during these steps, even when two hydrogels are printed simultaneously. Fluorescence images also proved that the two gels did not blend after folding the mat and after extrusion from the barrel. Further optimisation of the approach could offer solutions to the injection of soft 3D printed materials to improve point-of-care drug manufacturing.

Les capteurs électroniques sont utilisés dans une grande variété de domaines afin de répondre à différents besoins dans notre société. La médecine, la robotique et les téléphones intelligents en sont seulement quelques exemples qui marquent notre quotidien. Dans le cadre du Réseau canadien du CRSNG sur l'électronique imprimée verte (GreEN) le développement de capteurs (temps, température, humidité) imprimés à base de matériaux verts pour application dans les emballages intelligents figurent parmi les principaux objectifs de ce réseau pancanadien qui regroupe des chercheurs académiques de renom et des industriels du domaine de l'impression, de l'emballage et de l'alimentation. Le développement d'une étiquette « intelligente » permettrait la trace efficace, en temps réel, de produits alimentaires sensibles en assurant l'intégrité de la chaîne de froid afin de préserver la salubrité et les qualités gustatives des aliments. Plusieurs projets sont actuellement consacrés au développement de cet emballage fonctionnel dont le miens. En effet, mon projet de maîtrise vise principalement le développement d'un capteur de température imprimé en collaboration avec l'Institut National d'Optique (INO). Le principal objectif est de remplacer la thermistance à base de poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrène sulfonate (PEDOT:PSS) actuellement utilisé dans les capteurs de température développés à l'INO par un matériau dont les propriétés seraient indépendantes de l'humidité. Pour ce faire, des nouveaux matériaux, inspirés du PEDOT, ont été synthétisés et étudiés comme thermistance. Ces matériaux sont, contrairement au PEDOT:PSS qui est une suspension, 100% soluble dans l'eau ce qui facilite grandement l'impression. Dans le cadre de ce mémoire, la formulation, l'impression et la fabrication d'un capteur de température utilisant cette nouvelle génération de PEDOT seront présentés. / Electronic sensors are used in a wide variety of fields to meet different needs in our society. Medicine, robotics and telephones are just a few examples that mark our daily lives. As part of the "NSERC-Green Electronics Network", the development of sensors (time, temperature, humidity) printed on the basis of green materials for application in smart packaging are among the main objectives of this pan-Canadian network which brings together renowned academic researchers and manufacturers in the field of printing packaging and food. The development of the "smart" label would allow the efficient, real-time trace of sensitive food products while ensuring the integrity of the cold chain in order to preserve the safety and taste qualities of food. Therefore, several projects are currently devoted to the development of this functional packaging, including mine. Indeed, my master's project mainly aims at the development of a printed temperature sensor in collaboration with the National Optics Institute (INO). The main objective is to replace the thermistor based on poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate (PEDOT:PSS) currently used in temperature sensors developed at INO with a material whose properties are independent of humidity. To do this, new materials, inspired by PEDOT, have been synthesized and studied as thermistors. These materials are, unlike PEDOT:PSS which is a suspension, 100% soluble in water which greatly facilitates printing. As part of this thesis, the formulation, printing and fabrication of a temperature sensor using this new generation of PEDOT will be presented.

Thèse en cotutelle : Université Laval Québec, Canada et École nationale supérieure des télécommunications de Bretagne Brest, France / La nécessité et l’importance de représenter une scène en 3-D ont été illustrées par de nombreuses applications en télédétection, telles que la planification urbaine, la gestion des catastrophes, etc. Dans ces applications, les données issues du LiDAR et de l’imagerie optique aérienne et satellitaire ont été largement utilisées. Il existe une complémentarité entre les données issues du LiDAR aéroporté et de l’imagerie optique aérienne/satellite, qui motive la fusion de ces données permettant de représenter des scènes observées en 3-D avec une meilleure précision et complétude. Ces dernières années, l’extraction automatique de l’empreinte des bâtiments dans les scènes urbaines et résidentielles est devenue un sujet d’intérêt croissant dans le domaine de la représentation et de la reconstruction de scènes en 3-D. Avec l’augmentation de la disponibilité d’une quantité massive de données capturées par différents capteurs LiDAR et d’imagerie installés sur des plateformes aériennes et spatiales, de nouvelles opportunités se présentent pour effectuer cette tâche à grande échelle. Cependant, les méthodes de fusion existantes considèrent généralement soit des systèmes d’acquisition hybrides composés de LiDAR et de caméras optiques fixés rigidement, soit des jeux de données acquis à partir de la même plateforme à des dates identiques ou très proches, et ayant la même résolution spatiale. Elles n’ont pas été conçues pour traiter des jeux de données acquis avec des plateformes différentes, dans différentes configurations, à des moments différents, ayant des résolutions spatiales et des niveaux de détail différents. Un tel contexte est appelé contexte d’acquisition non-contraint. D’autre part, l’extraction automatique de l’empreinte des bâtiments à grande échelle est une tâche complexe. Des méthodes existantes ont obtenu des résultats relativement significatifs mais en définissant des formes a priori pour les bâtiments, en imposant des contraintes géométriques, ou en se limitant à des zones spécifiques. De telles hypothèses ne sont plus envisageables pour des jeux de données à grande échelle. Ce travail de recherche est consacré au développement d’une méthode versatile de recalage grossier puis fin de jeux de données collectés selon un contexte d’acquisition non-contraint. Il vise à surmonter les défis associés à ce contexte tels que le décalage spatial entre les jeux de données, la différence de résolution spatiale et de niveau de détail, etc. De plus, ce travail de recherche propose une méthode d’extraction efficace des empreintes des bâtiments, offrant un niveau de précision élevé tout en étant une méthode non-supervisée dédiée aux applications à grande échelle. La méthode proposée, appelée “Super-Resolution-based Snake Model” (SRSM), consiste en une adaptation des modèles de snakes—une technique classique de segmentation d’images—pour exploiter des images d’élévation LiDAR à haute résolution générées par un processus de super-résolution. Il se rapporte au contexte d’acquisition de données non-contraint, servant d’exemple d’application de premier ordre. Des résultats pertinents ont été obtenus lors des évaluations rigoureuses des méthodes proposées, à savoir un niveau de précision hautement souhaitable par rapport aux méthodes existantes. Mots-clés : LiDAR aéroporté, imagerie optique satellitaire et aérienne, recalage de données, information mutuelle, super-résolution, scènes urbaines, extraction de bâtiments, grande échelle.

La connectomique est un des plus grands défis dans la compréhension et le diagnostic des maladies du cerveau. En effet, les mauvaises connexions et le mauvais fonctionnement des circuits du cerveau sont à l'origine de nombreuses maladies neurologiques. Ceci peut être causé par des défauts génétiques, un dérèglement en cours de développement ou à une dégénérescence à un stade ultérieur de la vie. Pour étudier les changements morphologiques à la base des maladies mentales et neurologiques, les technologies d'imagerie actuelles sont limitées. Du fait de la difficulté à acheminer la lumière à l'intérieur de grands volumes de tissus, les études se font bien souvent à partir d'images bidimensionnelles de coupes histologiques et résultent, dans de nombreux cas, à des informations spatiales incomplètes. Dans ce projet, nous avons adopté une stratégie qui permet d'obtenir des images 3D de grands volumes à haute résolution, et ce, sans coupe histologique. D'une part, des techniques de transparisation ont été utilisées afin de minimiser la diffusion de la lumière dans les échantillons de tissus. D'autre part, pour une imagerie plus rapide, nous avons conçu un microscope de fluorescence à feuillet lumineux, à large champ de vue et à haute résolution. Les rayons d'un faisceau laser afocal sont déviés par un axicon pour interagir entre eux et former, dans l'échantillon, une fine aiguille lumineuse qui forme un feuillet lumineux une fois balayée à très grande vitesse dans un plan. Le signal de fluorescence émanant de la section illuminée par le feuillet est collecté selon un axe perpendiculaire par une caméra scientifique CMOS. Cette stratégie a permis de surpasser les systèmes déjà existants en fournissant des images grand volume avec une résolution isotrope de l'ordre du micron. Enfin, ce nouvel outil nous a permis de faire des études précédemment impossibles et aura certainement un impact direct sur l'évaluation post-mortem et l'optimisation de traitements, la découverte de médicaments et l'identification des régions cibles pour les maladies neurodégénératives. / Connectomics is one of the biggest challenges in understanding and diagnosing brain diseases. Indeed, many neurological diseases have their origins in a bad connection or a malfunction of brain circuits. This can be caused by genetic defects, developmental dysfunction or degeneration at a later stage of life. To study the morphological changes underlying mental and neurological diseases, current imaging technologies are limited. In fact, studies are often based on two-dimensional images of histological sections and result, in many cases, in incomplete spatial information. In this project, we adopted a strategy that allows us to obtain 3D images of large volumes at high resolution, without any histological section. On the one hand, optical clearing techniques were used to minimize light scattering in tissue samples. On the other hand, for faster imaging, we have designed a fluorescence light sheet microscope with a large field of view and high resolution. The rays of an afocal laser beam are deflected by an axicon (conical prism) to interact with each other and form, in the sample, a thin needle-shaped beam which, when swept at a very high speed along an axis, forms a light sheet. The fluorescence signal from the section illuminated by the light sheet is collected along a perpendicular axis by a scientific CMOS camera. This strategy has surpassed existing systems by providing large volume images with an isotropic micronic resolution. Finally, this new tool has allowed us to make previously impossible studies and will certainly have a direct impact on postmortem evaluation and treatment optimization, drug discovery and identification of target areas for neurodegenerative diseases.

Afin d'explorer l'utilisabilité de technologies de réalité augmentée pour s'interfacer avec le logiciel de numérisation 3D des capteurs Creaform, les Hololens de Microsoft ont été retenues pour ses différentes fonctionnalités. Un emploi envisagé pour ce système était d'utiliser les Hololens pour inspecter un modèle 3D numérisé en le superposant sur l'objet qu'il représente.Ce mémoire décrit les étapes menant à l'obtention de ce résultat et les lacunes de cette approche. Pour numériser la surface d'un objet, il doit être couvert de pastilles rétro-réfléchissantes.Ces marqueurs servent de points de repère pour certains capteurs Creaform et pour l'approche présentée. Deux photos de l'objet sont prises avec les Hololens afin d'effectuer des calculs stéréoscopiques avec les marqueurs détectés. Les positions 3D de ces marqueurs sont estimées avec ces calculs et elles forment le nuage de points pour le référentiel des lunettes Hololens. Des appariements entre ce nuage de points et celui du capteur Creaform sont déduits et un alignement est calculé pour superposer le modèle 3D sur l'objet. / To explore the usability of augmented reality technologies interfacing with Creaform's 3Dscanning software, Microsoft's Hololens was chosen for its diverse functionalities. One envisioned application for this system was utilizing the Hololens to inspect a scanned 3D model by overlaying it onto the corresponding object. This document outlines the steps taken to achieve this outcome and highlights the shortcomings of this approach.To scan the surface of an object, it must be covered with retro-reflective markers. These markers serve as reference points for certain Creaform sensors and for the presented approach.Two photos of the object are taken with the Hololens to perform stereoscopic calculations with the detected markers. The 3D positions of these markers are estimated using these calculations,forming the point cloud for the Hololens reference frame. Matches between theHololens' and the Creaform's sensor point clouds are deduced, and an alignment is calculated to overlay the 3D model onto the object.

Thèse de doctorat : Informatique : Lille 1 : 2001. / Résumé en français et en anglais. Bibliogr. p 141-148.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

La mine Canadian Malartic, a été exploitée de 1935 à 1965 principalement pour ses zones à haute teneur aurifère, soit dans des lentilles de grauwackes altérées du Pontiac et dans des veines de quartz dans un porphyre non silicifié. À la suite des travaux de forage effectués par la Corporation Minière Osisko, il existe un grand nombre de données qui permet d'obtenir une meilleure compréhension du gisement aurifère Archéen, tant au niveau de la répartition tridimensionnelle de l'or et des altérations associées, que des structures majeures contrôlant les zones aurifères. La modélisation 3D du gisement a permis d'établir la géométrie du contact entre le porphyre et les grauwackes du Pontiac, conjointement avec les teneurs en or et les principales altérations du camp minier de Malartic, soit la calcite, la silice et la pyrite. La distribution de ces altérations hydrothermales montre une très forte association spatiale avec le porphyre-ouest et les structures qui y sont rattachées. Plus à l'est du gisement, l'or et les altérations sont corrélés au contact du porphyre et se propagent dans les sédiments suivant les plans de faiblesse présents, litage et failles. Bien qu'elles ne soient pas développées de façon uniforme au travers du gisement, les brèches constituent un contrôle important des minéralisations. Trois types majeurs de brèches sont répertoriés, traduisant différentes étapes dans la genèse de Canadian Malartic. Le premier type est une brèche chimique à matrice de biotite-calcite-pyrite±silice, à fragments silicifiés, biotitiques et fortement corrodés et montre un enrichissement en Au-Ag-Bi-W. Le deuxième type est une brèche à matrice siliceuse, dans lequel deux sous-types se recoupent. La brèche la plus précoce, à quartz grisâtre cryptocristallin, possède les caractéristiques d'une fracturation hydraulique: fragments anguleux, jointifs, peu corrodés, et une faible distribution granulométrique. Celle-ci est recoupée par une brèche hydrothermale plus tardive, à quartz laiteux plus grossier et à fragments souvent corrodés. Ce deuxième sous-type est le seul type de brèche rencontré dans les unités porphyriques; aucune brèche hydraulique n'y a été observée. Le dernier type de brèche est caractérisé par un stockwerk à carbonates-séricite-chlorite±feldspath-k ne présentant aucune corrélation avec les teneurs en or. Elles enregistreraient une chute brutale de pression. Le gisement de Canadian Malartic présente des caractéristiques atypiques d'un gite de type porphyrique. Il y a cependant plusieurs facteurs favorisant une minéralisation syn-magmatique et à faible profondeur (<5km): altération potassique bien développée, forte association spatiale de l'or et des altérations avec un porphyre syn-tectonique, et plusieurs générations de processus de bréchifications. Les caractéristiques générales du gisement ont des affinités principales avec les gisements d'or liés aux intrusions et aux skarns aurifères, mais plus particulière Canadian Malartic possède plusieurs éléments de ressemblance avec le gisement de Boddington, en Australie. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Gisement d'or, Modélisation 3D, Brèche, Pontiac, Porphyre.