La méthode IIM pour une membrane immergée dans un fluide incompressible

La méthode IIM (Immersed Interface Method) permet d'étendre certaines méthodes numériques à des problèmes présentant des discontinuités. Elle est utilisée ici pour étudier un fluide incompressible régi par les équations de Navier-Stokes, dans lequel est immergée une membrane exerçant une force singulière. Nous utilisons une méthode de projection dans une grille de différences finies de type MAC. Une dérivation très complète des conditions de saut dans le cas où la viscosité est continue est présentée en annexe. Deux exemples numériques sont présentés : l'un sans membrane, et l'un où la membrane est immobile. Le cas général d'une membrane mobile est aussi étudié en profondeur.

Étude numérique des origines hémodynamiques des oscillations dans des réseaux de capillaires

En simulant l’écoulement du sang dans un réseau de capillaires (en l’absence de contrôle biologique), il est possible d’observer la présence d’oscillations de certains paramètres comme le débit volumique, la pression et l’hématocrite (volume des globules rouges par rapport au volume du sang total). Ce comportement semble être en concordance avec certaines expériences in vivo. Malgré cet accord, il faut se demander si les fluctuations observées lors des simulations de l’écoulement sont physiques, numériques ou un artefact de modèles irréalistes puisqu’il existe toujours des différences entre des modélisations et des expériences in vivo. Pour répondre à cette question de façon satisfaisante, nous étudierons et analyserons l’écoulement du sang ainsi que la nature des oscillations observées dans quelques réseaux de capillaires utilisant un modèle convectif et un modèle moyenné pour décrire les équations de conservation de masse des globules rouges. Ces modèles tiennent compte de deux effets rhéologiques importants : l’effet Fåhraeus-Lindqvist décrivant la viscosité apparente dans un vaisseau et l’effet de séparation de phase schématisant la distribution des globules rouges aux points de bifurcation. Pour décrire ce dernier effet, deux lois de séparation de phase (les lois de Pries et al. et de Fenton et al.) seront étudiées et comparées. Dans ce mémoire, nous présenterons une description du problème physiologique (rhéologie du sang). Nous montrerons les modèles mathématiques employés (moyenné et convectif) ainsi que les lois de séparation de phase (Pries et al. et Fenton et al.) accompagnés d’une analyse des schémas numériques implémentés. Pour le modèle moyenné, nous employons le schéma numérique explicite traditionnel d’Euler ainsi qu’un nouveau schéma implicite qui permet de résoudre ce problème d’une manière efficace. Ceci est fait en utilisant une méthode de Newton- Krylov avec gradient conjugué préconditionné et la méthode de GMRES pour les itérations intérieures ainsi qu’une méthode quasi-Newton (la méthode de Broyden). Cette méthode inclura le schéma implicite d’Euler et la méthode des trapèzes. Pour le schéma convectif, la méthode explicite de Kiani et al. sera implémentée ainsi qu’une nouvelle approche implicite. La stabilité des deux modèles sera également explorée. À l’aide de trois différentes topologies, nous comparerons les résultats de ces deux modèles mathématiques ainsi que les lois de séparation de phase afin de déterminer dans quelle mesure les oscillations observées peuvent être attribuables au choix des modèles mathématiques ou au choix des méthodes numériques.

Méthodes numériques pour la capture et la résolution des discontinuités dans les solutions des systèmes hyperboliques

Réalisé en majeure partie sous la tutelle de feu le Professeur Paul Arminjon. Après sa disparition, le Docteur Aziz Madrane a pris la relève de la direction de mes travaux.

Étude de la formation et de l'évolution de nanostructures par méthodes Monte Carlo

Cette thèse, composée de quatre articles scientifiques, porte sur les méthodes numériques atomistiques et leur application à des systèmes semi-conducteurs nanostructurés. Nous introduisons les méthodes accélérées conçues pour traiter les événements activés, faisant un survol des développements du domaine. Suit notre premier article, qui traite en détail de la technique d'activation-relaxation cinétique (ART-cinétique), un algorithme Monte Carlo cinétique hors-réseau autodidacte basé sur la technique de l'activation-relaxation nouveau (ARTn), dont le développement ouvre la voie au traitement exact des interactions élastiques tout en permettant la simulation de matériaux sur des plages de temps pouvant atteindre la seconde. Ce développement algorithmique, combiné à des données expérimentales récentes, ouvre la voie au second article. On y explique le relâchement de chaleur par le silicium cristallin suite à son implantation ionique avec des ions de Si à 3 keV. Grâce à nos simulations par ART-cinétique et l'analyse de données obtenues par nanocalorimétrie, nous montrons que la relaxation est décrite par un nouveau modèle en deux temps: "réinitialiser et relaxer" ("Replenish-and-Relax"). Ce modèle, assez général, peut potentiellement expliquer la relaxation dans d'autres matériaux désordonnés. Par la suite, nous poussons l'analyse plus loin. Le troisième article offre une analyse poussée des mécanismes atomistiques responsables de la relaxation lors du recuit. Nous montrons que les interactions élastiques entre des défauts ponctuels et des petits complexes de défauts contrôlent la relaxation, en net contraste avec la littérature qui postule que des "poches amorphes" jouent ce rôle. Nous étudions aussi certains sous-aspects de la croissance de boîtes quantiques de Ge sur Si (001). En effet, après une courte mise en contexte et une introduction méthodologique supplémentaire, le quatrième article décrit la structure de la couche de mouillage lors du dépôt de Ge sur Si (001) à l'aide d'une implémentation QM/MM du code BigDFT-ART. Nous caractérisons la structure de la reconstruction 2xN de la surface et abaissons le seuil de la température nécessaire pour la diffusion du Ge en sous-couche prédit théoriquement par plus de 100 K.

L'algorithme de Branch and Price and Cut pour le problème de conception de réseaux avec coûts fixes et sans capacité

Le problème de conception de réseaux est un problème qui a été beaucoup étudié dans le domaine de la recherche opérationnelle pour ses caractéristiques, et ses applications dans des nombreux domaines tels que le transport, les communications, et la logistique. Nous nous intéressons en particulier dans ce mémoire à résoudre le problème de conception de réseaux avec coûts fixes et sans capacité, en satisfaisant les demandes de tous les produits tout en minimisant la somme des coûts de transport de ces produits et des coûts fixes de conception du réseau. Ce problème se modélise généralement sous la forme d’un programme linéaire en nombres entiers incluant des variables continues. Pour le résoudre, nous avons appliqué la méthode exacte de Branch-and-Bound basée sur une relaxation linéaire du problème avec un critère d’arrêt, tout en exploitant les méthodes de génération de colonnes et de génération de coupes. Nous avons testé la méthode de Branch-and-Price-and-Cut sur 156 instances divisées en cinq groupes de différentes tailles, et nous l’avons comparée à Cplex, l’un des meilleurs solveurs d’optimisation mathématique, ainsi qu’à la méthode de Branch-and- Cut. Notre méthode est compétitive et plus performante sur les instances de grande taille ayant un grand nombre de produits.

Patient-specific anisotropic model of human trunk based on MR data

There are many ways to generate geometrical models for numerical simulation, and most of them start with a segmentation step to extract the boundaries of the regions of interest. This paper presents an algorithm to generate a patient-specific three-dimensional geometric model, based on a tetrahedral mesh, without an initial extraction of contours from the volumetric data. Using the information directly available in the data, such as gray levels, we built a metric to drive a mesh adaptation process. The metric is used to specify the size and orientation of the tetrahedral elements everywhere in the mesh. Our method, which produces anisotropic meshes, gives good results with synthetic and real MRI data. The resulting model quality has been evaluated qualitatively and quantitatively by comparing it with an analytical solution and with a segmentation made by an expert. Results show that our method gives, in 90% of the cases, as good or better meshes as a similar isotropic method, based on the accuracy of the volume reconstruction for a given mesh size. Moreover, a comparison of the Hausdorff distances between adapted meshes of both methods and ground-truth volumes shows that our method decreases reconstruction errors faster. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.

La signification expérientielle et les facteurs qui influencent la qualité de vie au travail des cadres gestionnaires infirmiers de premier niveau œuvrant en établissements de santé

Au cours des trois dernières décennies, le travail quotidien des cadres gestionnaires infirmiers de premier niveau (CGIPN) a subi de profondes transformations quant aux rôles qu’ils occupent et aux responsabilités qui leur incombent dans les divers établissements de santé. Ces CGIPN vivent et subissent de la pression au regard de leur charge de travail, faisant en sorte qu’ils perçoivent avoir peu de temps pour réaliser adéquatement leur travail en gestion, et que plusieurs infirmières de la relève qui souhaitent faire carrière en gestion se questionnent sur la possibilité d’œuvrer dans ce domaine de la pratique. Peu d’études portent sur l’état de la qualité de vie au travail (QVT) chez ces professionnels. Divisé en trois volets, le projet de recherche mixte séquentielle exploratoire a pour objectif général d’explorer la QVT chez les CGIPN et les facteurs qui l’influencent dans les divers établissements de santé québécois. Les objectifs spécifiques visent à : 1) décrire et comprendre ce que signifie la QVT auprès des 14 CGIPN œuvrant en Centre hospitalier affilié (CHA) à l’Université, 2) décrire et comprendre ce que signifie l’absence d’une QVT auprès des CGIPN en CHA, 3) développer et valider un nouvel instrument de mesure des facteurs favorables et défavorables pouvant influer sur la QVT à partir des données qualitatives auprès de CGIPN (n= 11) œuvrant en Centre de santé et des services sociaux et de CGIPN (n= 11) en Centre hospitalier universitaire, 4) identifier et mesurer les facteurs qui influencent la QVT des CGIPN (n= 291) travaillant dans divers établissements publics de santé et 5) déterminer si les caractéristiques sociodémographiques influencent le choix des facteurs de la QVT. Inspiré de la philosophie du Human caring de Watson comme perspective disciplinaire, le premier volet qualitatif fait appel à une méthode phénoménologique descriptive husserlienne. Pour ce faire, deux séries d’entretiens semi-dirigés à l’aide d’un guide d’entrevue visent à répondre aux deux premiers objectifs. Le second volet cible l’élaboration et la validation d’un instrument de mesure permettant de répondre au troisième objectif de la recherche et le dernier volet, de type quantitatif corrélationnel, s’applique à répondre aux deux derniers objectifs. Dans la première phase, l’analyse visuelle des données qualitatives (verbatim) permet l’émergence des résultats qualitatifs, soit de cinq eidos-thèmes favorables exprimés par les participants et décrits par ordre d’importance : 1) l’actualisation du leadership et des habiletés politiques pour l’amélioration de la qualité des soins infirmiers, 2) les éléments contextuels propices à l’humanisation organisationnelle, 3) le soutien organisationnel favorisant l’épanouissement socioprofessionnel et personnel, 4) l’organisation apprenante favorisant le développement des compétences en gestion des soins infirmiers et 5) l’accompagnement personnalisé répondant aux besoins spécifiques des novices en gestion des soins infirmiers. L’essence de la QVT pour les CGIPN se définit par l’émancipation socioprofessionnelle du cadre gestionnaire infirmier de premier niveau dans sa pratique clinico-administrative au sein d’une organisation humaniste. De plus, trois eidos-thèmes défavorables se dégagent des analyses qualitatives. Les résultats, décrits par ordre d’importance, sont : 1) la déshumanisation organisationnelle, 2) les conditions défavorables à la pratique en gestion des soins infirmiers et 3) l’accompagnement insuffisant des gestionnaires infirmiers novices. L’essence de l’absence d’une QVT pour les CGIPN se présente comme la dysharmonie au travail du cadre gestionnaire infirmier de premier niveau à l’intérieur d’une structure organisationnelle déshumanisante mettant en péril sa pratique clinico-administrative. Par la suite, une mise en relation des deux essences du phénomène a permis de faire émerger la signification universelle de l’expérience de la QVT et l’absence de celle-ci pour des CGIPN œuvrant en CHA comme étant : une dialectique en administration des services infirmiers dans laquelle se vit des pratiques humanisantes permettant l’atteinte d’un idéal de QVT, en coexistence avec des pratiques déshumanisantes conduisant à l’absence de QVT. Afin de respecter les postulats des méthodes quantitatives, les huit eidos-thèmes qui émergent de la première phase qualitative se transforment en facteurs favorables (FF) et défavorables (FD) à la QVT pour la réalisation des deuxième et troisième phases de la recherche. Dans la seconde phase, le construit théorique qui provient des huit eidos-thèmes et 23 thèmes permet de développer un nouvel instrument de mesure qui s’avère unique à cette population à l’étude. L’analyse psychométrique de l’instrument de mesure (questionnaire auto-administré en mode électronique) permet l’obtention d’un score global du coefficient alpha de Cronbach (α) de 0,93, ce qui est jugé excellent. Dans la troisième et dernière phase, les analyses statistiques des données (logiciel SPSS, version 22 pour Windows 7, 2013) issues de l’enquête quantitative provinciale en ligne (Web) mettent en évidence des résultats probants. Les résultats du questionnaire en ligne avec une échelle ordinale à cinq niveaux révèlent un score global du coefficient alpha de Cronbach à 0,95. De plus, les résultats quantitatifs suggèrent que les facteurs favorables (FF) à la QVT ont des scores moyens de 3,99 (FF1), 3,97 (FF2), 3,96 (FF3), 3,72 (FF4) et 3,53 (FF5) et les trois facteurs défavorables (FD) à la QVT ont des scores moyens de 3,91(FD1), 3,78 (FD2) et 3,56 (FD3). Ces facteurs correspondent aux eidos-thèmes favorables et défavorables de la QVT du volet qualitatif phénoménologique. Les résultats quantitatifs révèlent quelques relations significatives des caractéristiques sociodémographiques (âge et années d’expérience) sur le choix des facteurs qui influencent le plus fortement la QVT. En conclusion, le fait de pouvoir mieux décrire et comprendre la signification de la QVT ainsi que son absence et de pouvoir identifier les facteurs qui sont les plus susceptibles de l’influencer permet de formuler des recommandations pour les quatre domaines de la pratique infirmière. Des pistes d’avenues sont formulées pour maintenir la relève infirmière à des postes de CGIPN au sein des organisations de santé en lui assurant des moyens pour optimiser humainement sa QVT.

Caratérisation de la surface d’énergie potentielle des matériaux complexes et son application sur la cinétique du SiO2/Si

Dans ce rapport de mémoire, nous avons utilisé les méthodes numériques telles que la dynamique moléculaire (code de Lammps) et ART-cinétique. Ce dernier est un algorithme de Monte Carlo cinétique hors réseau avec construction du catalogue d'événements à la volée qui incorpore exactement tous les effets élastiques. Dans la première partie, nous avons comparé et évalué des divers algorithmes de la recherche du minimum global sur une surface d'énergie potentielle des matériaux complexes. Ces divers algorithmes choisis sont essentiellement ceux qui utilisent le principe Bell-Evans-Polanyi pour explorer la surface d'énergie potentielle. Cette étude nous a permis de comprendre d'une part, les étapes nécessaires pour un matériau complexe d'échapper d'un minimum local vers un autre et d'autre part de contrôler les recherches pour vite trouver le minimum global. En plus, ces travaux nous ont amené à comprendre la force de ces méthodes sur la cinétique de l'évolution structurale de ces matériaux complexes. Dans la deuxième partie, nous avons mis en place un outil de simulation (le potentiel ReaxFF couplé avec ART-cinétique) capable d'étudier les étapes et les processus d'oxydation du silicium pendant des temps long comparable expérimentalement. Pour valider le système mis en place, nous avons effectué des tests sur les premières étapes d'oxydation du silicium. Les résultats obtenus sont en accord avec la littérature. Cet outil va être utilisé pour comprendre les vrais processus de l'oxydation et les transitions possibles des atomes d'oxygène à la surface du silicium associée avec les énergies de barrière, des questions qui sont des défis pour l'industrie micro-électronique.