Modélisation de la sécurité des tâches coopératives humain-robot

L’interaction physique humain-robot est un domaine d’étude qui s’est vu porter beaucoup d’intérêt ces dernières années. Une optique de coopération entre les deux entités entrevoit le potentiel d’associer les forces de l’humain (comme son intelligence et son adaptabilité) à celle du robot (comme sa puissance et sa précision). Toutefois, la mise en service des applications développées reste une opération délicate tant les problèmes liés à la sécurité demeurent importants. Les robots constituent généralement de lourdes machines capables de déplacements très rapides qui peuvent blesser gravement un individu situé à proximité. Ce projet de recherche aborde le problème de sécurité en amont avec le développement d’une stratégie dite "pré-collision". Celle-ci se caractérise par la conception d’un système de planification de mouvements visant à optimiser la sécurité de l’individu lors de tâches d’interaction humain-robot dans un contexte industriel. Pour ce faire, un algorithme basé sur l’échantillonnage a été employé et adapté aux contraintes de l’application visée. Dans un premier temps, l’intégration d’une méthode exacte de détection de collision certifie que le chemin trouvé ne présente, a priori, aucun contact indésirable. Ensuite, l’évaluation de paramètres pertinents introduit notre notion de sécurité et définit un ensemble d’objectifs à optimiser. Ces critères prennent en compte la proximité par rapport aux obstacles, l’état de conscience des êtres humains inclus dans l’espace de travail ainsi que le potentiel de réaction du robot en cas d'évènement imprévu. Un système inédit de combinaison d’objectifs guide la recherche et mène à l’obtention du chemin jugé comme étant le plus sûr, pour une connaissance donnée de l’environnement. Le processus de contrôle se base sur une acquisition minimale de données environnementales (dispositif de surveillance visuelle) dans le but de nécessiter une installation matérielle qui se veut la plus simple possible. Le fonctionnement du système a été validé sur le robot industriel Baxter.

Comment réussir la tarification incitative au Québec : un outil pour les municipalités

L’objectif de cet essai est de démystifier la tarification incitative et de présenter un outil pratique pour l’implantation réussie d’un système de tarification incitative de la collecte municipale des matières résiduelles au Québec. Cinq sous-objectifs mènent à cette réponse : les raisons du non-emploi de la tarification incitative au Québec, l’analyse des cas à succès en Amérique du Nord et en Europe, l’identification des préalables nécessaires à l’implantation, les étapes opérationnelles de la mise en œuvre et la communication adéquate du processus. L’importance du sujet de cet essai découle des coûts de la gestion des matières résiduelles. Ils voient une augmentation constante due aux redevances à l’élimination et aux nouvelles méthodes de valorisation pour les matières organiques. Une mise à jour de la tarification municipale est donc indispensable. La tarification incitative est un outil efficace pour la réduction des matières résiduelles produites et enfouies ainsi que pour améliorer le taux de récupération résidentiel. De nombreux cas réussis existent en Amérique du Nord. Néanmoins, seulement deux municipalités québécoises utilisent ce système à présent. Des résultats trouvés indiquent qu’une tarification incitative fonctionnelle dépend de l’adaptation du système aux particularités de chaque municipalité. Ceci s’applique au choix du contenant de collecte, des modalités de la facturation et à l’élaboration de la grille tarifaire. En préparation du projet, il est important d’offrir le plus de services complémentaires que possibles afin d’inciter un taux de récupération maximal. Ces services comportent des outils pour le compostage maison, un écocentre pour apport de matières additionnelles ainsi que des collectes spéciales pour les matières organiques, les encombrants et les résidus de construction. Neuf étapes d’une implantation réussie ont été identifiées. La base de chaque projet de tarification incitative est une étude économique et logistique préalable qui permet l’élaboration du scénario choisi. Un projet pilote lancé dans un échantillon de la population aide ensuite à peaufiner la méthode. La préparation de l’appel d’offres et le vote du projet s'en suivent. La mise en œuvre présente un contact avec les citoyens lors de la distribution et mise à jour des contenants de collecte. Par la suite, la municipalité à l’option de commencer par un test à blanc avant d’introduire la tarification complète lors du lancement. Enfin, un suivi par bilans annuels publiés s’impose. Une communication adéquate avant, pendant et après l’implantation est indispensable. La réussite du projet est fortement améliorée par l’allocation d’un chargé de projet responsable dès le début et la portée du projet par les élus.

Simplified design method for energy dissipating devices in retrofitting of seismically isolated bridges

Abstract: Highway bridges have great values in a country because in case of any natural disaster they may serve as lines to save people’s lives. Being vulnerable under significant seismic loads, different methods can be considered to design resistant highway bridges and rehabilitate the existing ones. In this study, base isolation has been considered as one efficient method in this regards which in some cases reduces significantly the seismic load effects on the structure. By reducing the ductility demand on the structure without a notable increase of strength, the structure is designed to remain elastic under seismic loads. The problem associated with the isolated bridges, especially with elastomeric bearings, can be their excessive displacements under service and seismic loads. This can defy the purpose of using elastomeric bearings for small to medium span typical bridges where expansion joints and clearances may result in significant increase of initial and maintenance cost. Thus, supplementing the structure with dampers with some stiffness can serve as a solution which in turn, however, may increase the structure base shear. The main objective of this thesis is to provide a simplified method for the evaluation of optimal parameters for dampers in isolated bridges. Firstly, performing a parametric study, some directions are given for the use of simple isolation devices such as elastomeric bearings to rehabilitate existing bridges with high importance. Parameters like geometry of the bridge, code provisions and the type of soil on which the structure is constructed have been introduced to a typical two span bridge. It is concluded that the stiffness of the substructure, soil type and special provisions in the code can determine the employment of base isolation for retrofitting of bridges. Secondly, based on the elastic response coefficient of isolated bridges, a simplified design method of dampers for seismically isolated regular highway bridges has been presented in this study. By setting objectives for reduction of displacement and base shear variation, the required stiffness and damping of a hysteretic damper can be determined. By modelling a typical two span bridge, numerical analyses have followed to verify the effectiveness of the method. The method has been used to identify equivalent linear parameters and subsequently, nonlinear parameters of hysteretic damper for various designated scenarios of displacement and base shear requirements. Comparison of the results of the nonlinear numerical model without damper and with damper has shown that the method is sufficiently accurate. Finally, an innovative and simple hysteretic steel damper was designed. Five specimens were fabricated from two steel grades and were tested accompanying a real scale elastomeric isolator in the structural laboratory of the Université de Sherbrooke. The test procedure was to characterize the specimens by cyclic displacement controlled tests and subsequently to test them by real-time dynamic substructuring (RTDS) method. The test results were then used to establish a numerical model of the system which went through nonlinear time history analyses under several earthquakes. The outcome of the experimental and numerical showed an acceptable conformity with the simplified method.

Towards a performance based design of shear walls based on damage criteria = Vers un dimensionnement performanciel des murs de refend basé sur des critères d'endommagement

Le dimensionnement basé sur la performance (DBP), dans une approche déterministe, caractérise les objectifs de performance par rapport aux niveaux de performance souhaités. Les objectifs de performance sont alors associés à l'état d'endommagement et au niveau de risque sismique établis. Malgré cette approche rationnelle, son application est encore difficile. De ce fait, des outils fiables pour la capture de l'évolution, de la distribution et de la quantification de l'endommagement sont nécessaires. De plus, tous les phénomènes liés à la non-linéarité (matériaux et déformations) doivent également être pris en considération. Ainsi, cette recherche montre comment la mécanique de l'endommagement pourrait contribuer à résoudre cette problématique avec une adaptation de la théorie du champ de compression modifiée et d'autres théories complémentaires. La formulation proposée adaptée pour des charges monotones, cycliques et de type pushover permet de considérer les effets non linéaires liés au cisaillement couplé avec les mécanismes de flexion et de charge axiale. Cette formulation est spécialement appliquée à l'analyse non linéaire des éléments structuraux en béton soumis aux effets de cisaillement non égligeables. Cette nouvelle approche mise en œuvre dans EfiCoS (programme d'éléments finis basé sur la mécanique de l'endommagement), y compris les critères de modélisation, sont également présentés ici. Des calibrations de cette nouvelle approche en comparant les prédictions avec des données expérimentales ont été réalisées pour les murs de refend en béton armé ainsi que pour des poutres et des piliers de pont où les effets de cisaillement doivent être pris en considération. Cette nouvelle version améliorée du logiciel EFiCoS a démontrée être capable d'évaluer avec précision les paramètres associés à la performance globale tels que les déplacements, la résistance du système, les effets liés à la réponse cyclique et la quantification, l'évolution et la distribution de l'endommagement. Des résultats remarquables ont également été obtenus en référence à la détection appropriée des états limites d'ingénierie tels que la fissuration, les déformations unitaires, l'éclatement de l'enrobage, l'écrasement du noyau, la plastification locale des barres d'armature et la dégradation du système, entre autres. Comme un outil pratique d'application du DBP, des relations entre les indices d'endommagement prédits et les niveaux de performance ont été obtenus et exprimés sous forme de graphiques et de tableaux. Ces graphiques ont été développés en fonction du déplacement relatif et de la ductilité de déplacement. Un tableau particulier a été développé pour relier les états limites d'ingénierie, l'endommagement, le déplacement relatif et les niveaux de performance traditionnels. Les résultats ont démontré une excellente correspondance avec les données expérimentales, faisant de la formulation proposée et de la nouvelle version d'EfiCoS des outils puissants pour l'application de la méthodologie du DBP, dans une approche déterministe.

Conception, fabrication et caractérisation d'un biocapteur SPR à base de guides d'ondes photoniques sur substrat de verre

Résumé : Malgré le nombre croissant de capteurs dans les domaines de la chimie et la biologie, il reste encore à étudier en profondeur la complexité des interactions entre les différentes molécules présentes lors d’une détection à l’interface solide-liquide. Dans ce cadre, il est de tout intérêt de croiser différentes méthodes de détection afin d’obtenir des informations complémentaires. Le principal objectif de cette étude est de dimensionner, fabriquer et caractériser un détecteur optique intégré sur verre basé sur la résonance plasmonique de surface, destiné à terme à être combiné avec d’autres techniques de détection, dont un microcalorimètre. La résonance plasmonique de surface est une technique reconnue pour sa sensibilité adaptée à la détection de surface, qui a l’avantage d’être sans marquage et permet de fournir un suivi en temps réel de la cinétique d’une réaction. L’avantage principal de ce capteur est qu’il a été dimensionné pour une large gamme d’indice de réfraction de l’analyte, allant de 1,33 à 1,48. Ces valeurs correspondent à la plupart des entités biologiques associées à leurs couches d’accroche dont les matrices de polymères, présentés dans ce travail. Étant donné que beaucoup d’études biologiques nécessitent la comparaison de la mesure à une référence ou à une autre mesure, le second objectif du projet est d’étudier le potentiel du système SPR intégré sur verre pour la détection multi-analyte. Les trois premiers chapitres se concentrent sur l’objectif principal du projet. Le dimensionnement du dispositif est ainsi présenté, basé sur deux modélisations différentes, associées à plusieurs outils de calcul analytique et numérique. La première modélisation, basée sur l’approximation des interactions faibles, permet d’obtenir la plupart des informations nécessaires au dimensionnement du dispositif. La seconde modélisation, sans approximation, permet de valider le premier modèle approché et de compléter et affiner le dimensionnement. Le procédé de fabrication de la puce optique sur verre est ensuite décrit, ainsi que les instruments et protocoles de caractérisation. Un dispositif est obtenu présentant des sensibilités volumiques entre 1000 nm/RIU et 6000 nm/RIU suivant l’indice de réfraction de l’analyte. L’intégration 3D du guide grâce à son enterrage sélectif dans le verre confère au dispositif une grande compacité, le rendant adapté à la cointégration avec un microcalorimètre en particulier. Le dernier chapitre de la thèse présente l’étude de plusieurs techniques de multiplexage spectral adaptées à un système SPR intégré, exploitant en particulier la technologie sur verre. L’objectif est de fournir au moins deux détections simultanées. Dans ce cadre, plusieurs solutions sont proposées et les dispositifs associés sont dimensionnés, fabriqués et testés.

On precise three-dimensional environment modeling via UAV-based photogrammetric systems

Abstract : Images acquired from unmanned aerial vehicles (UAVs) can provide data with unprecedented spatial and temporal resolution for three-dimensional (3D) modeling. Solutions developed for this purpose are mainly operating based on photogrammetry concepts, namely UAV-Photogrammetry Systems (UAV-PS). Such systems are used in applications where both geospatial and visual information of the environment is required. These applications include, but are not limited to, natural resource management such as precision agriculture, military and police-related services such as traffic-law enforcement, precision engineering such as infrastructure inspection, and health services such as epidemic emergency management. UAV-photogrammetry systems can be differentiated based on their spatial characteristics in terms of accuracy and resolution. That is some applications, such as precision engineering, require high-resolution and high-accuracy information of the environment (e.g. 3D modeling with less than one centimeter accuracy and resolution). In other applications, lower levels of accuracy might be sufficient, (e.g. wildlife management needing few decimeters of resolution). However, even in those applications, the specific characteristics of UAV-PSs should be well considered in the steps of both system development and application in order to yield satisfying results. In this regard, this thesis presents a comprehensive review of the applications of unmanned aerial imagery, where the objective was to determine the challenges that remote-sensing applications of UAV systems currently face. This review also allowed recognizing the specific characteristics and requirements of UAV-PSs, which are mostly ignored or not thoroughly assessed in recent studies. Accordingly, the focus of the first part of this thesis is on exploring the methodological and experimental aspects of implementing a UAV-PS. The developed system was extensively evaluated for precise modeling of an open-pit gravel mine and performing volumetric-change measurements. This application was selected for two main reasons. Firstly, this case study provided a challenging environment for 3D modeling, in terms of scale changes, terrain relief variations as well as structure and texture diversities. Secondly, open-pit-mine monitoring demands high levels of accuracy, which justifies our efforts to improve the developed UAV-PS to its maximum capacities. The hardware of the system consisted of an electric-powered helicopter, a high-resolution digital camera, and an inertial navigation system. The software of the system included the in-house programs specifically designed for camera calibration, platform calibration, system integration, onboard data acquisition, flight planning and ground control point (GCP) detection. The detailed features of the system are discussed in the thesis, and solutions are proposed in order to enhance the system and its photogrammetric outputs. The accuracy of the results was evaluated under various mapping conditions, including direct georeferencing and indirect georeferencing with different numbers, distributions and types of ground control points. Additionally, the effects of imaging configuration and network stability on modeling accuracy were assessed. The second part of this thesis concentrates on improving the techniques of sparse and dense reconstruction. The proposed solutions are alternatives to traditional aerial photogrammetry techniques, properly adapted to specific characteristics of unmanned, low-altitude imagery. Firstly, a method was developed for robust sparse matching and epipolar-geometry estimation. The main achievement of this method was its capacity to handle a very high percentage of outliers (errors among corresponding points) with remarkable computational efficiency (compared to the state-of-the-art techniques). Secondly, a block bundle adjustment (BBA) strategy was proposed based on the integration of intrinsic camera calibration parameters as pseudo-observations to Gauss-Helmert model. The principal advantage of this strategy was controlling the adverse effect of unstable imaging networks and noisy image observations on the accuracy of self-calibration. The sparse implementation of this strategy was also performed, which allowed its application to data sets containing a lot of tie points. Finally, the concepts of intrinsic curves were revisited for dense stereo matching. The proposed technique could achieve a high level of accuracy and efficiency by searching only through a small fraction of the whole disparity search space as well as internally handling occlusions and matching ambiguities. These photogrammetric solutions were extensively tested using synthetic data, close-range images and the images acquired from the gravel-pit mine. Achieving absolute 3D mapping accuracy of 11±7 mm illustrated the success of this system for high-precision modeling of the environment.

Formalisation des connaissances pour le processus de développement de nouveaux produits

Nous avons élaboré comme objectif principal de cet essai la formalisation des connaissances lors du processus de développement de nouveaux produits qui pourra par la suite être intégrée dans un logiciel de système expert et implanté dans une entreprise de haute technologie. Suite à une revue de la littérature sur laquelle s'appuie le développement de cet essai, notre démarche pour formaliser les connaissances s'est effectuée par des entrevues semi-structurées pour étudier en détail le fonctionnement de l'entreprise lors du développement d'un nouveau produit. Après avoir identifier le modèle utilisé chez Systèmes d'Informatique Philips Ltée, nous avons déterminer les points précis dans le processus de développement d'un nouveau produit où sont prises les décisions, par qui ou par quel comité et à l'aide de quelles informations. Ceci a été suivi par l'identification de six phases dans leur modèle lors du développement de nouveaux produits. Nous avons par la suite formaliser les connaissances en des règles de production pour représenter ces six phases et tout ceci a été fait grâce à la collaboration des experts du département de marketing et de recherche et développement. Suite à ceci, nous avons étudiés divers projets de développement de nouveaux produits sur le marché (matériels et logiciels) afin d'ajouter d'autres règles à notre modèle. Pour mieux visualiser ces connaissances, nous avons développé un prototype de système expert avec le logiciel GURU, prototype qui représente les deux premières phases de notre modèle. Nous souhaitons que notre prototype de démonstration soit poursuivi jusqu'à l'implantation complète du système expert et ceci avec la possibilité de modifications liées à la vie de l'entreprise.

Les facteurs prédicteurs de réussite scolaire pour l'enfant à la première année primaire

La réalité scolaire au Québec est un sujet d'actualité depuis quelques temps. En effet, on observe une préoccupation de plus en plus grande à remettre en question le fonctionnement scolaire lorsque l'on regarde les chiffres de décrochage scolaire au secondaire: quatre Québécois sur dix quittent aujourd'hui l'école sans diplôme d'études secondaires (Gruda, 1991). Phlegar (1987) identifie différents facteurs qui amènent les adolescents à délaisser l'école, lesquels se situent à quatre niveaux: académique, scolaire et social, familial et personnel. Selon l'auteure, dès l'entrée scolaire, nous pouvons observer certaines de ces caractéristiques chez les enfants. Pour favoriser une expérience de succès et ainsi développer une motivation à apprendre dans un cadre formel d'enseignement, quand peut-on dire alors qu'un enfant est prêt à intégrer l'école? Le ministre de l'éducation du Québec, monsieur Michel Pagé (Montpetit, 1991), considère l'importance de l'âge chronologique pour déterminer le temps propice à l'entrée scolaire selon un document préparé en 1988 par la Direction des études économiques et démographiques du ministère de l’Éducation. D'après cette recherche interne, l'enfant jeune (celui qui a commencé jeune sa scolarité par dérogation scolaire ou celui dont l'anniversaire se situe entre le premier juillet et le 30 septembre) démontre plus de probabilité de reprendre une année scolaire au primaire et la première année du secondaire que les autres enfants. Toujours selon cette étude, Gagnon (1991) rapporte que les enfants qui entrent à l'école à six ans précis (les enfants jeunes) seraient plus nombreux à persévérer. Malgré cette donnée, le ministre a envisagé l'éventualité de retarder l'entrée scolaire des enfants et de mettre la date d'admission au 31 mai plutôt qu'au 30 septembre comme c'est le cas actuellement (Projet, 1991; Lessard, 1991). Ce dernier considère, en effet, qu'un retard d'un an dans l'entrée à l'école de ces enfants contribuerait à réduire le nombre d'élèves qui redoublent de même que le nombre de ceux qui décrochent du système plus tard. Mais cette étude interne démontre aussi qu'il n'y a aucune relation entre le mois de naissance et la probabilité d'accéder au diplôme d'études secondaires. Ce désir de changement entraîne beaucoup de réactions dans le milieu éducatif, certaines favorables et d'autres non. M. Pagé, devant ces réactions, a ouvert la porte à la possibilité d'utiliser une formule d'évaluation individuelle pour les cas limites. Ce que la Fédération des Commissions Scolaires du Québec (F.C.S.Q.) et la Centrale de l'enseignement du Québec (C.E.Q.) qualifient d'utopie. L'âge d'admission est pour la F.C.S.Q. le seul critère objectif d'admission (1991). Nous remarquons donc que ce débat est principalement centré sur un critère unique de sélection concernant l'entrée scolaire: l'âge chronologique. Mais en existe-t-il d'autres? Ainsi, à partir de l'existence de différentes positions fermes des instances concernées par la formation académique des enfants et des modalités qui régissent l'entrée scolaire, cet essai a pour objectif l'identification des prédicteurs de réussite scolaire pour les enfants à leur entrée au primaire. Qu'il s'agisse d'enfants qui ont des risques de troubles d'apprentissage en lecture (Fedoruk, 1989), d'enfants qui sont doués et qui bénéficieraient d'une dérogation scolaire pour l'âge d'admission (Proctor,Black & Feldhusen, 1986; Proctor, Feldhusen & Black, 1988), ou des enfants qui répondent au critère chronologique d'admission scolaire (Phlegar, 1987), tous ces chercheurs s'entendent pour dire que les performances académiques sont influencées par différents facteurs qui concernent l'enfant et le milieu d'appartenance. De plus, les Gouverneurs et le Président américain adoptaient en février 1990 une série d'objectifs nationaux concernant l'éducation pour l'an 2000 aux États-Unis dont le premier étant que tous les enfants soient prêts à apprendre à leur entrée scolaire primaire (Haycock, 1991). L'équipe de recherche chargée de développer cet objectif (Prince, 1992) considère, dans ses recommandations qu'un système d'évaluation doit comprendre plusieurs dimensions s'intégrant dans les cinq sphères de développement de l'enfant (physique, socio-affectif, style d'apprentissage, langage, cognitions et connaissances) et son environnement (parents et professeurs). Et c'est justement ce que notre étude veut établir. Nous verrons, dans un premier temps, la nature du problème ainsi que l'objectif de la recherche et le cadre théorique qui servent de charpente à la compréhension de cet objet d'étude. Viendront ensuite l'identification du modèle de recension des écrits utilisé suivi des informations concernant la recherche des études scientifiques. Nous ferons ensuite le résumé et l'analyse des recherches primaires retenues en tenant compte des qualités méthodologiques et métrologiques. Nous synthétiserons ces informations pour retenir les résultats valides afin de faire le point sur les résultats disponibles à ce jour. Nous terminerons avec une discussion sur la pertinence des résultats, les limites de l'étude de même que des suggestions concernant de futurs domaines d'investigation.

Supervision des plans de cours à la recherche d'un modèle

«Supervision pédagogique, examens ministériels, resserrement des programmes (...) sont à la mode du jour du système éducatif québécois». De tous les éléments de ce système, le cégep semble davantage visé. On le presse de rendre des comptes sur la qualité de ses enseignements. Qu'il suffise de rappeler à ce sujet l'impact qu'a eu dans les collèges et dans le public québécois en général, l'avènement médiatique provoqué par la parution du premier palmarès des cégeps dans la revue Actualités. Presque quotidiennement, les journaux nous entretiennent des problèmes que soulèvent les cégeps. Tout encore récemment le président du Conseil de la jeunesse ne craignait pas d'affirmer dans le journal La Presse, «que les collèges sont incapables de s'autocritiquer et de s'auto-évaluer et n'ont de comptes à rendre à personne». Il n'en fallait pas davantage pour que le Ministère de l'enseignement supérieur et de la science convoque une Commission parlementaire sur l'enseignement collégial pour l'automne 1992. Il existe pourtant au cégep de nombreux lieux où s'exerce la supervision. C'est le cas par exemple des plans de cours que les professeurs sont tenus de rédiger à chaque début de session d'enseignement pour leurs groupes d'étudiants. Cette opération renferme en elle-même plusieurs étapes qui nécessitent diverses interventions de supervision de direction et d'assistance. […]