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On the 15th of April, 1897, a 19 year-old European resident of Baghdad, named Alexander Richard Svoboda, set out on a long journey to Europe by caravan, boat and train. From a large and influential family of merchants, artists, and explorers settled in Ottoman Iraq since the end of the 18th century, Alexander traveled in the company of his parents and a departing British diplomat accompanied by his retinue. They followed a circuitous route through the Middle East to Cairo and thence to Europe on a three and a half month journey which Alexander described day-by-day in a journal written in the Iraqi Arabic of his time.

Amélioration de la représentation des processus stochastiques pour l'optimisation appliquée à la gestion des systèmes hydriques

Dans un contexte de pression toujours plus grande sur les ressources naturelles, une gestion rationnelle des ressources hydriques s'impose. La principale difficulté de leur gestion provient du caractère aléatoire des apports en eau dans le système. Le sujet de cette recherche consiste à développer des méthodes d'optimisation stochastique capable de bien représenter les processus aléatoires. Le cas de Kemano, située en Colombie-Britannique (Canada), illustre les travaux de recherche. L'importante accumulation de neige sur les bassins versants engendre une hydrologie complexe, rendant la gestion du système délicate. La programmation dynamique stochastique est la méthode la plus utilisée pour déterminer la politique de gestion des réservoirs. Mais, son étude fait ressortir que cette méthode ne peut gérer que des modèles simplifiés des processus stochastiques, ne rendant pas compte des complexes corrélations spatio-temporelles des apports hydriques. Ainsi, la politique obtenue peut être de mauvaise qualité. Cette méthode est comparée avec la recherche directe de politique qui n'utilise pas de modèles pour représenter les processus stochastiques, mais évalue la politique sur des scénarios d'apports. Ainsi la recherche directe de politique se révèle globalement plus performante en prenant bien en considération la complexité des apports, mais est limitée par la forme prédéterminée de la politique. De plus, l'optimisation des paramètres en utilisant un algorithme évolutionnaire s'avère lente. La conception d'un algorithme de descente par gradient, combinée à une architecture "acteur-critique" appropriée, permet de réduire notablement le temps d'optimisation. Combinée à une fonction plus complexe employée pour la paramétrisation de la politique de gestion, la méthode permet d'obtenir une politique de qualité significativement supérieure à celle obtenue avec la programmation dynamique stochastique. Les travaux effectués dans le cadre de cette thèse ouvrent la voie à une application opérationnelle de la méthode de recherche directe de politique. L'évaluation en simulation devrait être appréciée des opérateurs en permettant une bonne représentation du système et des apports.

Retrofit de systèmes de revalorisation de chaleur industrielle à basse température par optimisation exergo-économique

Ce projet porte, dans un souci d’efficacité énergétique, sur la récupération d’énergie des rejets thermiques à basse température. Une analyse d’optimisation des technologies dans le but d’obtenir un système de revalorisation de chaleur rentable fait objet de cette recherche. Le but sera de soutirer la chaleur des rejets thermiques et de la réappliquer à un procédé industriel. Réduire la consommation énergétique d’une usine entre habituellement en conflit avec l’investissement requis pour les équipements de revalorisation de chaleur. Ce projet de maitrise porte sur l’application d’optimisations multiobjectives par algorithme génétique (GA) pour faciliter le design en retrofit des systèmes de revalorisation de chaleur industrielle. L’originalité de cette approche consiste à l’emploi du «fast non-dominant sorting genetic algorithm» ou NSGA-II dans le but de trouver les solutions optimales entre la valeur capitale et les pertes exergétiques des réseaux d’échangeurs de chaleur et de pompes à chaleur. Identifier les solutions optimales entre le coût et l’efficacité exergétique peut ensuite aider dans le processus de sélection d’un design approprié en considérant les coûts énergétiques. Afin de tester cette approche, une étude de cas est proposée pour la récupération de chaleur dans une usine de pâte et papier. Ceci inclut l’intégration d’échangeur de chaleur Shell&tube, d’échangeur à contact direct et de pompe à chaleur au réseau thermique existant. Pour l’étude de cas, le projet en collaboration avec Cascades est constitué de deux étapes, soit de ciblage et d’optimisation de solutions de retrofit du réseau d’échangeur de chaleur de l’usine de tissus Cascades à Kinsley Falls. L’étape de ciblage, basée sur la méthode d’analyse du pincement, permet d’identifier et de sélectionner les modifications de topologie du réseau d’échangeurs existant en y ajoutant de nouveaux équipements. Les scénarios résultants passent ensuite à l’étape d’optimisation où les modèles mathématiques pour chaque nouvel équipement sont optimisés afin de produire une courbe d’échange optimal entre le critère économique et exergétique. Pourquoi doubler l’analyse économique d’un critère d’exergie? D’abord, parce que les modèles économiques sont par définition de nature imprécise. Coupler les résultats des modèles économiques avec un critère exergétique permet d’identifier des solutions de retrofit plus efficaces sans trop s’éloigner d’un optimum économique. Ensuite, le rendement exergétique permet d’identifier les designs utilisant l’énergie de haute qualité, telle que l’électricité ou la vapeur, de façon plus efficace lorsque des sources d’énergie de basse qualité, telles que les effluents thermiques, sont disponibles. Ainsi en choisissant un design qui détruit moins d’exergie, il demandera un coût énergétique moindre. Les résultats de l’étude de cas publiés dans l’article montrent une possibilité de réduction des coûts en demande de vapeur de 89% tout en réduisant la destruction d’exergie de 82%. Dans certains cas de retrofit, la solution la plus justifiable économiquement est également très proche de la solution à destruction d’exergie minimale. L’analyse du réseau d’échangeurs et l’amélioration de son rendement exergétique permettront de justifier l’intégration de ces systèmes dans l’usine. Les diverses options pourront ensuite être considérées par Cascades pour leurs faisabilités technologiques et économiques sachant qu’elles ont été optimisées.

Optimisation thermodynamique d’un procédé solaire utilisant un système de réfrigération à éjecto-compression pour la production du froid

L’objectif essentiel de cette thèse est de développer un système industriel de réfrigération ou de climatisation qui permet la conversion du potentiel de l’énergie solaire en production du froid. Ce système de réfrigération est basé sur la technologie de l’éjecto-compression qui propose la compression thermique comme alternative économique à la compression mécanique coûteuse. Le sous-système de réfrigération utilise un appareil statique fiable appelé éjecteur actionné seulement par la chaleur utile qui provient de l’énergie solaire. Il est combiné à une boucle solaire composée entre autres de capteurs solaires cylindro-paraboliques à concentration. Cette combinaison a pour objectif d’atteindre des efficacités énergétiques et exergétiques globales importantes. Le stockage thermique n’est pas considéré dans ce travail de thèse mais sera intégré au système dans des perspectives futures. En première étape, un nouveau modèle numérique et thermodynamique d’un éjecteur monophasique a été développé. Ce modèle de design applique les conditions d’entrée des fluides (pression, température et vitesse) et leur débit. Il suppose que le mélange se fait à pression constante et que l’écoulement est subsonique à l’entrée du diffuseur. Il utilise un fluide réel (R141b) et la pression de sortie est imposée. D’autre part, il intègre deux innovations importantes : il utilise l'efficacité polytropique constante (plutôt que des efficacités isentropiques constantes utilisées souvent dans la littérature) et n’impose pas une valeur fixe de l'efficacité du mélange, mais la détermine à partir des conditions d'écoulement calculées. L’efficacité polytropique constante est utilisée afin de quantifier les irréversibilités au cours des procédés d’accélérations et de décélération comme dans les turbomachines. La validation du modèle numérique de design a été effectuée à l’aide d’une étude expérimentale présente dans la littérature. La seconde étape a pour but de proposer un modèle numérique basé sur des données expérimentales de la littérature et compatible à TRNSYS et un autre modèle numérique EES destinés respectivement au capteur solaire cylindro-parabolique et au sous-système de réfrigération à éjecteur. En définitive et après avoir développé les modèles numériques et thermodynamiques, une autre étude a proposé un modèle pour le système de réfrigération solaire à éjecteur intégrant ceux de ses composantes. Plusieurs études paramétriques ont été entreprises afin d’évaluer les effets de certains paramètres (surchauffe du réfrigérant, débit calorifique du caloporteur et rayonnement solaire) sur sa performance. La méthodologie proposée est basée sur les lois de la thermodynamique classique et sur les relations de la thermodynamique aux dimensions finies. De nouvelles analyses exergétiques basées sur le concept de l’exergie de transit ont permis l'évaluation de deux indicateurs thermodynamiquement importants : l’exergie produite et l’exergie consommée dont le rapport exprime l’efficacité exergétique intrinsèque. Les résultats obtenus à partir des études appliquées à l’éjecteur et au système global montrent que le calcul traditionnel de l’efficacité exergétique selon Grassmann n’est désormais pas un critère pertinent pour l'évaluation de la performance thermodynamique des éjecteurs pour les systèmes de réfrigération.

Optimisation de l’extraction de lumière de scintillation dans les matrices de détecteurs pixellisés pour des applications en tomographie d’émission par positrons (TEP) et en tomodensitométrie (TDM)

Résumé : Les performances de détecteurs à scintillation, composés d’un cristal scintillateur couplé à un photodétecteur, dépendent de façon critique de l’efficacité de la collecte et de l’extraction des photons de scintillation du cristal vers le capteur. Dans les systèmes d’imagerie hautement pixellisés (e.g. TEP, TDM), les scintillateurs doivent être arrangés en matrices compactes avec des facteurs de forme défavorables pour le transport des photons, au détriment des performances du détecteur. Le but du projet est d’optimiser les performances de ces détecteurs pixels par l'identification des sources de pertes de lumière liées aux caractéristiques spectrales, spatiales et angulaires des photons de scintillation incidents sur les faces des scintillateurs. De telles informations acquises par simulation Monte Carlo permettent une pondération adéquate pour l'évaluation de gains atteignables par des méthodes de structuration du scintillateur visant à une extraction de lumière améliorée vers le photodétecteur. Un plan factoriel a permis d'évaluer la magnitude de paramètres affectant la collecte de lumière, notamment l'absorption des matériaux adhésifs assurant l'intégrité matricielle des cristaux ainsi que la performance optique de réflecteurs, tous deux ayant un impact considérable sur le rendement lumineux. D'ailleurs, un réflecteur abondamment utilisé en raison de ses performances optiques exceptionnelles a été caractérisé dans des conditions davantage réalistes par rapport à une immersion dans l'air, où sa réflectivité est toujours rapportée. Une importante perte de réflectivité lorsqu'il est inséré au sein de matrices de scintillateurs a été mise en évidence par simulations puis confirmée expérimentalement. Ceci explique donc les hauts taux de diaphonie observés en plus d'ouvrir la voie à des méthodes d'assemblage en matrices limitant ou tirant profit, selon les applications, de cette transparence insoupçonnée.

Development and optimisation of protocols for surface cleaning of cultural heritage metals

The conservation and valorisation of cultural heritage is of fundamental importance for our society, since it is witness to the legacies of human societies. In the case of metallic artefacts, because corrosion is a never-ending problem, the correct strategies for their cleaning and preservation must be chosen. Thus, the aim of this project was the development of protocols for cleaning archaeological copper artefacts by laser and plasma cleaning, since they allow the treatment of artefacts in a controlled and selective manner. Additionally, electrochemical characterisation of the artificial patinas was performed in order to obtain information on the protective properties of the corrosion layers. Reference copper samples with different artificial corrosion layers were used to evaluate the tested parameters. Laser cleaning tests resulted in partial removal of the corrosion products, but the lasermaterial interactions resulted in melting of the desired corrosion layers. The main obstacle for this process is that the materials that must be preserved show lower ablation thresholds than the undesired layers, which makes the proper elimination of dangerous corrosion products very difficult without damaging the artefacts. Different protocols should be developed for different patinas, and real artefacts should be characterised previous to any treatment to determine the best course of action. Low pressure hydrogen plasma cleaning treatments were performed on two kinds of patinas. In both cases the corrosion layers were partially removed. The total removal of the undesired corrosion products can probably be achieved by increasing the treatment time or applied power, or increasing the hydrogen pressure. Since the process is non-invasive and does not modify the bulk material, modifying the cleaning parameters is easy. EIS measurements show that, for the artificial patinas, the impedance increases while the patina is growing on the surface and then drops, probably due to diffusion reactions and a slow dissolution of copper. It appears from these results that the dissolution of copper is heavily influenced by diffusion phenomena and the corrosion product film porosity. Both techniques show good results for cleaning, as long as the proper parameters are used. These depend on the nature of the artefact and the corrosion layers that are found on its surface.

High performance and energy-efficient instruction cache design and optimisation for ultra-low-power multi-core clusters

High Energy efficiency and high performance are the key regiments for Internet of Things (IoT) end-nodes. Exploiting cluster of multiple programmable processors has recently emerged as a suitable solution to address this challenge. However, one of the main bottlenecks for multi-core architectures is the instruction cache. While private caches fall into data replication and wasting area, fully shared caches lack scalability and form a bottleneck for the operating frequency. Hence we propose a hybrid solution where a larger shared cache (L1.5) is shared by multiple cores connected through a low-latency interconnect to small private caches (L1). However, it is still limited by large capacity miss with a small L1. Thus, we propose a sequential prefetch from L1 to L1.5 to improve the performance with little area overhead. Moreover, to cut the critical path for better timing, we optimized the core instruction fetch stage with non-blocking transfer by adopting a 4 x 32-bit ring buffer FIFO and adding a pipeline for the conditional branch. We present a detailed comparison of different instruction cache architectures' performance and energy efficiency recently proposed for Parallel Ultra-Low-Power clusters. On average, when executing a set of real-life IoT applications, our two-level cache improves the performance by up to 20% and loses 7% energy efficiency with respect to the private cache. Compared to a shared cache system, it improves performance by up to 17% and keeps the same energy efficiency. In the end, up to 20% timing (maximum frequency) improvement and software control enable the two-level instruction cache with prefetch adapt to various battery-powered usage cases to balance high performance and energy efficiency.

Plutarch's chemistry of stones and metals: conceptions and explanations. With an appendix on the TheSu XML annotation scheme

This dissertation presents a systematic and analytic overview of most of the information related to stones, minerals, and stone masonry which is found in the corpus of Plutarch of Chaeronea, combined with most of the information on metals and metalworking which is connected to the former. This survey is intended as a first step in the reconstruction of the full landscape of ‘chemical’ ideas occurring in Plutarch’s writings; accordingly, the exposition of the relevant passages, the assessment of their possible interpretations, the discussion on their implications, and their contextualization in the ancient traditions have been conducted with a special interest in the ‘mineralogical’ and ‘metallurgic’ themes developed in the frame of natural philosophy and meteorology. Although in this perspective physical etiology could have come to acquire central prominence, non-etiological information on Plutarch’s ideas on the nature and behaviour of stones and metals has been treated as equally relevant to reach a fuller understanding of how Plutarch conceptualized and visualized them in general, in- and outside the frame of philosophical explanation. Such extensive outline of Plutarch’s ideas on stones and metals is a prerequisite for an accurate inquiry into his use of the two in analogies, metaphors, and symbols: to predispose this kind of research was another aim of the present survey, and this aim has contributed to shape it; moreover, a special attention has been paid to the analysis of analogical and figurative speaking due to the nature itself of a large part of Plutarch’s references to stones and metals, which are either metaphorical, presented in close association with metaphors, or framed in analogies. Much of the information used for the present overview has been extracted —always with supporting argumentation— from the implications of such metaphors and analogies.

Analysis and optimisation of books flow among branches through simulation: the case of Trondheim’s Public Library

Il presente lavoro di tesi verte sull’analisi e l’ottimizzazione dei flussi di libri generati tra le diverse sedi della biblioteca pubblica, Trondheim folkebibliotek, situata a Trondheim, città del nord norvegese. La ricerca si inserisce nell’ambito di un progetto pluriennale, SmartLIB, che questa sta intraprendendo con l’università NTNU - Norwegian University of Science and Technology. L’obiettivo di questa tesi è quello di analizzare possibili soluzioni per ottimizzare il flusso di libri generato dagli ordini dei cittadini. Una prima fase di raccolta ed analisi dei dati è servita per avere le informazioni necessarie per procedere nella ricerca. Successivamente è stata analizzata la possibilità di ridurre i flussi andando ad associare ad ogni dipartimento la quantità di copie necessarie per coprire il 90% della domanda, seguendo la distribuzione di Poisson. In seguito, sono state analizzate tre soluzioni per ottimizzare i flussi generati dai libri, il livello di riempimento dei box ed il percorso del camion che giornalmente visita tutte le sedi della libreria. Di supporto per questo secondo studio è stato il Vehicle Routing Problem (VRP). Un modello simulativo è stato creato su Anylogic ed utilizzato per validare le soluzioni proposte. I risultati hanno portato a proporre delle soluzioni per ottimizzare i flussi complessivi, riducendo il delay time di consegna dei libri del 50%, ad una riduzione del 53% del flusso di box e ad una conseguente aumento del 44% del tasso di riempimento di ogni box. Possibili future implementazioni delle soluzioni trovate corrispondono all’installazione di una nuova Sorting Machine nella sede centrale della libreria ed all’implementazione sempre in quest’ultima di un nuovo schedule giornaliero.

Single interface flow analysis with accuracy assessment

Single interface flow systems (SIFA) present some noteworthy advantages when compared to other flow systems, such as a simpler configuration, a more straightforward operation and control and an undemanding optimisation routine. Moreover, the plain reaction zone establishment, which relies strictly on the mutual inter-dispersion of the adjoining solutions, could be exploited to set up multiple sequential reaction schemes providing supplementary information regarding the species under determination. In this context, strategies for accuracy assessment could be favourably implemented. To this end, the sample could be processed by two quasi-independent analytical methods and the final result would be calculated after considering the two different methods. Intrinsically more precise and accurate results would be then gathered. In order to demonstrate the feasibility of the approach, a SIFA system with spectrophotometric detection was designed for the determination of lansoprazole in pharmaceutical formulations. Two reaction interfaces with two distinct pi-acceptors, chloranilic acid (CIA) and 2,3-dichloro-5,6-dicyano-p-benzoquinone (DDQ) were implemented. Linear working concentration ranges between 2.71 x 10(-4) to 8.12 x 10(-4) mol L(-1) and 2.17 x 10(-4) to 8.12 x 10(-4) mol L(-1) were obtained for DDQ and CIA methods, respectively. When compared with the results furnished by the reference procedure, the results showed relative deviations lower than 2.7%. Furthermore. the repeatability was good, with r.s.d. lower than 3.8% and 4.7% for DDQ and CIA methods, respectively. Determination rate was about 30 h(-1). (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Exploiting pi-acceptors for the determination of thyroid hormones (T3 and T4) using a single interface flow system

A fully automated methodology was developed for the determination of the thyroid hormones levothyroxine (T4) and liothyronine (T3). The proposed method exploits the formation of highly coloured charge-transfer (CT) complexes between these compounds, acting as electron donors, and pi-acceptors such as chloranilic acid (CIA) and 2,3-dichloro-5,6-dicyano-p-benzoquinone (DDQ). For automation of the analytical procedure a simple, fast and versatile single interface flow system (SIFA)was implemented guaranteeing a simplified performance optimisation, low maintenance and a cost-effective operation. Moreover, the single reaction interface assured a convenient and straightforward approach for implementing job`s method of continuous variations used to establish the stoichiometry of the formed CT complexes. Linear calibration plots for levothyroxine and liothyronine concentrations ranging from 5.0 x 10(-5) to 2.5 x 10(-4) mol L(-1) and 1.0 x 10(-5) to 1.0 x 10(-4) mol L(-1), respectively, were obtained, with good precision (R.S.D. <4.6% and <3.9%) and with a determination frequency of 26 h(-1) for both drugs. The results obtained for pharmaceutical formulations were statistically comparable to the declared hormone amount with relative deviations lower than 2.1%. The accuracy was confirmed by carrying out recovery studies, which furnished recovery values ranging from 96.3% to 103.7% for levothyroxine and 100.1% for liothyronine. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Profiles of xylose reductase, xylitol dehydrogenase and xylitol production under different oxygen transfer volumetric coefficient values

BACKGROUND: Xylitol is a sugar alcohol (polyalcohol) with many interesting properties for pharmaceutical and food products. It is currently produced by a chemical process, which has some disadvantages such as high energy requirement. Therefore microbiological production of xylitol has been studied as an alternative, but its viability is dependent on optimisation of the fermentation variables. Among these, aeration is fundamental, because xylitol is produced only under adequate oxygen availability. In most experiments with xylitol-producing yeasts, low oxygen transfer volumetric coefficient (K(L)a) values are used to maintain microaerobic conditions. However, in the present study the use of relatively high K(L)a values resulted in high xylitol production. The effect of aeration was also evaluated via the profiles of xylose reductase (XR) and xylitol clehydrogenase (XD) activities during the experiments. RESULTS: The highest XR specific activity (1.45 +/- 0.21 U mg(protein)(-1)) was achieved during the experiment with the lowest K(L)a value (12 h(-1)), while the highest XD specific activity (0.19 +/- 0.03 U mg(protein)(-1)) was observed with a K(L)a value of 25 h(-1). Xylitol production was enhanced when K(L)a was increased from 12 to 50 h(-1), which resulted in the best condition observed, corresponding to a xylitol volumetric productivity of 1.50 +/- 0.08 g(xylitol) L(-1) h(-1) and an efficiency of 71 +/- 6.0%. CONCLUSION: The results showed that the enzyme activities during xylitol bioproduction depend greatly on the initial KLa value (oxygen availability). This finding supplies important information for further studies in molecular biology and genetic engineering aimed at improving xylitol bioproduction. (C) 2008 Society of Chemical Industry

Developing and implementing an open and non-proprietary device description for FOUNDATION fieldbus based on software standards

Support for interoperability and interchangeability of software components which are part of a fieldbus automation system relies on the definition of open architectures, most of them involving proprietary technologies. Concurrently, standard, open and non-proprietary technologies, such as XML, SOAP, Web Services and the like, have greatly evolved and been diffused in the computing area. This article presents a FOUNDATION fieldbus (TM) device description technology named Open-EDD, based on XML and other related technologies (XLST, DOM using Xerces implementation, OO, XMIL Schema), proposing an open and nonproprietary alternative to the EDD (Electronic Device Description). This initial proposal includes defining Open-EDDML as the programming language of the technology in the FOUNDATION fieldbus (TM) protocol, implementing a compiler and a parser, and finally, integrating and testing the new technology using field devices and a commercial fieldbus configurator. This study attests that this new technology is feasible and can be applied to other configurators or HMI applications used in fieldbus automation systems. (c) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

Automatic tuning method for the design of supplementary damping controllers for flexible alternating current transmission system devices

The design of supplementary damping controllers to mitigate the effects of electromechanical oscillations in power systems is a highly complex and time-consuming process, which requires a significant amount of knowledge from the part of the designer. In this study, the authors propose an automatic technique that takes the burden of tuning the controller parameters away from the power engineer and places it on the computer. Unlike other approaches that do the same based on robust control theories or evolutionary computing techniques, our proposed procedure uses an optimisation algorithm that works over a formulation of the classical tuning problem in terms of bilinear matrix inequalities. Using this formulation, it is possible to apply linear matrix inequality solvers to find a solution to the tuning problem via an iterative process, with the advantage that these solvers are widely available and have well-known convergence properties. The proposed algorithm is applied to tune the parameters of supplementary controllers for thyristor controlled series capacitors placed in the New England/New York benchmark test system, aiming at the improvement of the damping factor of inter-area modes, under several different operating conditions. The results of the linear analysis are validated by non-linear simulation and demonstrate the effectiveness of the proposed procedure.

Leak detection by inverse transient analysis in an experimental PVC pipe system

Leakage reduction in water supply systems and distribution networks has been an increasingly important issue in the water industry since leaks and ruptures result in major physical and economic losses. Hydraulic transient solvers can be used in the system operational diagnosis, namely for leak detection purposes, due to their capability to describe the dynamic behaviour of the systems and to provide substantial amounts of data. In this research work, the association of hydraulic transient analysis with an optimisation model, through inverse transient analysis (ITA), has been used for leak detection and its location in an experimental facility containing PVC pipes. Observed transient pressure data have been used for testing ITA. A key factor for the success of the leak detection technique used is the accurate calibration of the transient solver, namely adequate boundary conditions and the description of energy dissipation effects since PVC pipes are characterised by a viscoelastic mechanical response. Results have shown that leaks were located with an accuracy between 4-15% of the total length of the pipeline, depending on the discretisation of the system model.