Algorithme de branch-and-price-and-cut pour le problème de conception de réseaux avec coûts fixes, capacités et un seul produit

De nombreux problèmes liés aux domaines du transport, des télécommunications et de la logistique peuvent être modélisés comme des problèmes de conception de réseaux. Le problème classique consiste à transporter un flot (données, personnes, produits, etc.) sur un réseau sous un certain nombre de contraintes dans le but de satisfaire la demande, tout en minimisant les coûts. Dans ce mémoire, on se propose d'étudier le problème de conception de réseaux avec coûts fixes, capacités et un seul produit, qu'on transforme en un problème équivalent à plusieurs produits de façon à améliorer la valeur de la borne inférieure provenant de la relaxation continue du modèle. La méthode que nous présentons pour la résolution de ce problème est une méthode exacte de branch-and-price-and-cut avec une condition d'arrêt, dans laquelle nous exploitons à la fois la méthode de génération de colonnes, la méthode de génération de coupes et l'algorithme de branch-and-bound. Ces méthodes figurent parmi les techniques les plus utilisées en programmation linéaire en nombres entiers. Nous testons notre méthode sur deux groupes d'instances de tailles différentes (gran-des et très grandes), et nous la comparons avec les résultats donnés par CPLEX, un des meilleurs logiciels permettant de résoudre des problèmes d'optimisation mathématique, ainsi qu’avec une méthode de branch-and-cut. Il s'est avéré que notre méthode est prometteuse et peut donner de bons résultats, en particulier pour les instances de très grandes tailles.

Optimization models and methods for real-time transportation planning in forestry

Lors du transport du bois de la forêt vers les usines, de nombreux événements imprévus peuvent se produire, événements qui perturbent les trajets prévus (par exemple, en raison des conditions météo, des feux de forêt, de la présence de nouveaux chargements, etc.). Lorsque de tels événements ne sont connus que durant un trajet, le camion qui accomplit ce trajet doit être détourné vers un chemin alternatif. En l’absence d’informations sur un tel chemin, le chauffeur du camion est susceptible de choisir un chemin alternatif inutilement long ou pire, qui est lui-même "fermé" suite à un événement imprévu. Il est donc essentiel de fournir aux chauffeurs des informations en temps réel, en particulier des suggestions de chemins alternatifs lorsqu’une route prévue s’avère impraticable. Les possibilités de recours en cas d’imprévus dépendent des caractéristiques de la chaîne logistique étudiée comme la présence de camions auto-chargeurs et la politique de gestion du transport. Nous présentons trois articles traitant de contextes d’application différents ainsi que des modèles et des méthodes de résolution adaptés à chacun des contextes. Dans le premier article, les chauffeurs de camion disposent de l’ensemble du plan hebdomadaire de la semaine en cours. Dans ce contexte, tous les efforts doivent être faits pour minimiser les changements apportés au plan initial. Bien que la flotte de camions soit homogène, il y a un ordre de priorité des chauffeurs. Les plus prioritaires obtiennent les volumes de travail les plus importants. Minimiser les changements dans leurs plans est également une priorité. Étant donné que les conséquences des événements imprévus sur le plan de transport sont essentiellement des annulations et/ou des retards de certains voyages, l’approche proposée traite d’abord l’annulation et le retard d’un seul voyage, puis elle est généralisée pour traiter des événements plus complexes. Dans cette ap- proche, nous essayons de re-planifier les voyages impactés durant la même semaine de telle sorte qu’une chargeuse soit libre au moment de l’arrivée du camion à la fois au site forestier et à l’usine. De cette façon, les voyages des autres camions ne seront pas mo- difiés. Cette approche fournit aux répartiteurs des plans alternatifs en quelques secondes. De meilleures solutions pourraient être obtenues si le répartiteur était autorisé à apporter plus de modifications au plan initial. Dans le second article, nous considérons un contexte où un seul voyage à la fois est communiqué aux chauffeurs. Le répartiteur attend jusqu’à ce que le chauffeur termine son voyage avant de lui révéler le prochain voyage. Ce contexte est plus souple et offre plus de possibilités de recours en cas d’imprévus. En plus, le problème hebdomadaire peut être divisé en des problèmes quotidiens, puisque la demande est quotidienne et les usines sont ouvertes pendant des périodes limitées durant la journée. Nous utilisons un modèle de programmation mathématique basé sur un réseau espace-temps pour réagir aux perturbations. Bien que ces dernières puissent avoir des effets différents sur le plan de transport initial, une caractéristique clé du modèle proposé est qu’il reste valable pour traiter tous les imprévus, quelle que soit leur nature. En effet, l’impact de ces événements est capturé dans le réseau espace-temps et dans les paramètres d’entrée plutôt que dans le modèle lui-même. Le modèle est résolu pour la journée en cours chaque fois qu’un événement imprévu est révélé. Dans le dernier article, la flotte de camions est hétérogène, comprenant des camions avec des chargeuses à bord. La configuration des routes de ces camions est différente de celle des camions réguliers, car ils ne doivent pas être synchronisés avec les chargeuses. Nous utilisons un modèle mathématique où les colonnes peuvent être facilement et naturellement interprétées comme des itinéraires de camions. Nous résolvons ce modèle en utilisant la génération de colonnes. Dans un premier temps, nous relaxons l’intégralité des variables de décision et nous considérons seulement un sous-ensemble des itinéraires réalisables. Les itinéraires avec un potentiel d’amélioration de la solution courante sont ajoutés au modèle de manière itérative. Un réseau espace-temps est utilisé à la fois pour représenter les impacts des événements imprévus et pour générer ces itinéraires. La solution obtenue est généralement fractionnaire et un algorithme de branch-and-price est utilisé pour trouver des solutions entières. Plusieurs scénarios de perturbation ont été développés pour tester l’approche proposée sur des études de cas provenant de l’industrie forestière canadienne et les résultats numériques sont présentés pour les trois contextes.

Algorithme de branch-and-price-and-cut pour le problème de conception de réseaux avec coûts fixes, capacités et un seul produit

De nombreux problèmes liés aux domaines du transport, des télécommunications et de la logistique peuvent être modélisés comme des problèmes de conception de réseaux. Le problème classique consiste à transporter un flot (données, personnes, produits, etc.) sur un réseau sous un certain nombre de contraintes dans le but de satisfaire la demande, tout en minimisant les coûts. Dans ce mémoire, on se propose d'étudier le problème de conception de réseaux avec coûts fixes, capacités et un seul produit, qu'on transforme en un problème équivalent à plusieurs produits de façon à améliorer la valeur de la borne inférieure provenant de la relaxation continue du modèle. La méthode que nous présentons pour la résolution de ce problème est une méthode exacte de branch-and-price-and-cut avec une condition d'arrêt, dans laquelle nous exploitons à la fois la méthode de génération de colonnes, la méthode de génération de coupes et l'algorithme de branch-and-bound. Ces méthodes figurent parmi les techniques les plus utilisées en programmation linéaire en nombres entiers. Nous testons notre méthode sur deux groupes d'instances de tailles différentes (gran-des et très grandes), et nous la comparons avec les résultats donnés par CPLEX, un des meilleurs logiciels permettant de résoudre des problèmes d'optimisation mathématique, ainsi qu’avec une méthode de branch-and-cut. Il s'est avéré que notre méthode est prometteuse et peut donner de bons résultats, en particulier pour les instances de très grandes tailles.

Optimization models and methods for real-time transportation planning in forestry

Lors du transport du bois de la forêt vers les usines, de nombreux événements imprévus peuvent se produire, événements qui perturbent les trajets prévus (par exemple, en raison des conditions météo, des feux de forêt, de la présence de nouveaux chargements, etc.). Lorsque de tels événements ne sont connus que durant un trajet, le camion qui accomplit ce trajet doit être détourné vers un chemin alternatif. En l’absence d’informations sur un tel chemin, le chauffeur du camion est susceptible de choisir un chemin alternatif inutilement long ou pire, qui est lui-même "fermé" suite à un événement imprévu. Il est donc essentiel de fournir aux chauffeurs des informations en temps réel, en particulier des suggestions de chemins alternatifs lorsqu’une route prévue s’avère impraticable. Les possibilités de recours en cas d’imprévus dépendent des caractéristiques de la chaîne logistique étudiée comme la présence de camions auto-chargeurs et la politique de gestion du transport. Nous présentons trois articles traitant de contextes d’application différents ainsi que des modèles et des méthodes de résolution adaptés à chacun des contextes. Dans le premier article, les chauffeurs de camion disposent de l’ensemble du plan hebdomadaire de la semaine en cours. Dans ce contexte, tous les efforts doivent être faits pour minimiser les changements apportés au plan initial. Bien que la flotte de camions soit homogène, il y a un ordre de priorité des chauffeurs. Les plus prioritaires obtiennent les volumes de travail les plus importants. Minimiser les changements dans leurs plans est également une priorité. Étant donné que les conséquences des événements imprévus sur le plan de transport sont essentiellement des annulations et/ou des retards de certains voyages, l’approche proposée traite d’abord l’annulation et le retard d’un seul voyage, puis elle est généralisée pour traiter des événements plus complexes. Dans cette ap- proche, nous essayons de re-planifier les voyages impactés durant la même semaine de telle sorte qu’une chargeuse soit libre au moment de l’arrivée du camion à la fois au site forestier et à l’usine. De cette façon, les voyages des autres camions ne seront pas mo- difiés. Cette approche fournit aux répartiteurs des plans alternatifs en quelques secondes. De meilleures solutions pourraient être obtenues si le répartiteur était autorisé à apporter plus de modifications au plan initial. Dans le second article, nous considérons un contexte où un seul voyage à la fois est communiqué aux chauffeurs. Le répartiteur attend jusqu’à ce que le chauffeur termine son voyage avant de lui révéler le prochain voyage. Ce contexte est plus souple et offre plus de possibilités de recours en cas d’imprévus. En plus, le problème hebdomadaire peut être divisé en des problèmes quotidiens, puisque la demande est quotidienne et les usines sont ouvertes pendant des périodes limitées durant la journée. Nous utilisons un modèle de programmation mathématique basé sur un réseau espace-temps pour réagir aux perturbations. Bien que ces dernières puissent avoir des effets différents sur le plan de transport initial, une caractéristique clé du modèle proposé est qu’il reste valable pour traiter tous les imprévus, quelle que soit leur nature. En effet, l’impact de ces événements est capturé dans le réseau espace-temps et dans les paramètres d’entrée plutôt que dans le modèle lui-même. Le modèle est résolu pour la journée en cours chaque fois qu’un événement imprévu est révélé. Dans le dernier article, la flotte de camions est hétérogène, comprenant des camions avec des chargeuses à bord. La configuration des routes de ces camions est différente de celle des camions réguliers, car ils ne doivent pas être synchronisés avec les chargeuses. Nous utilisons un modèle mathématique où les colonnes peuvent être facilement et naturellement interprétées comme des itinéraires de camions. Nous résolvons ce modèle en utilisant la génération de colonnes. Dans un premier temps, nous relaxons l’intégralité des variables de décision et nous considérons seulement un sous-ensemble des itinéraires réalisables. Les itinéraires avec un potentiel d’amélioration de la solution courante sont ajoutés au modèle de manière itérative. Un réseau espace-temps est utilisé à la fois pour représenter les impacts des événements imprévus et pour générer ces itinéraires. La solution obtenue est généralement fractionnaire et un algorithme de branch-and-price est utilisé pour trouver des solutions entières. Plusieurs scénarios de perturbation ont été développés pour tester l’approche proposée sur des études de cas provenant de l’industrie forestière canadienne et les résultats numériques sont présentés pour les trois contextes.

Acoustic-surface-wave generation along a cylindrical plasma column surrounded by a compressible gas

Acoustic surface waves can be generated along the plasma column in pressure equilibrium with a gas blanket in the presence of the uniform axial magnetic field. Unlike the case of volume-acoustic-wave generation in the magnetoplasma reported recently, the threshold magnetic field required for the generation of acoustic surface waves increases with increasing gas pressure.

Optimization of sample preparation for next-generation sequencing with Illumina Genome Analyzer II

The growing interest for sequencing with higher throughput in the last decade has led to the development of new sequencing applications. This thesis concentrates on optimizing DNA library preparation for Illumina Genome Analyzer II sequencer. The library preparation steps that were optimized include fragmentation, PCR purification and quantification. DNA fragmentation was performed with focused sonication in different concentrations and durations. Two column based PCR purification method, gel matrix method and magnetic bead based method were compared. Quantitative PCR and gel electrophoresis in a chip were compared for DNA quantification. The magnetic bead purification was found to be the most efficient and flexible purification method. The fragmentation protocol was changed to produce longer fragments to be compatible with longer sequencing reads. Quantitative PCR correlates better with the cluster number and should thus be considered to be the default quantification method for sequencing. As a result of this study more data have been acquired from sequencing with lower costs and troubleshooting has become easier as qualification steps have been added to the protocol. New sequencing instruments and applications will create a demand for further optimizations in future.

SWEETENING OF BIOGAS IN SPRAY TOWERS FOR POWER GENERATION

This paper presents the experience of the new design of using impinging jet spray columns for scrubbing hydrogen sulfide from biogas that has been developed by Indian Institute of Science and patented. The process uses a chelated polyvalent metal ion which oxidizes the hydrogen sulfide to sulfur as a precipitate. The sulfur generated is filtered and the scrubbing liquid recycled after oxidation. The process involves in bringing contact the sour gas with chelated liquid in the spray columns where H2S reacts with chelated Fe3+ and precipitates as sulfur, whereas Fe3+ gets reduced to Fe2+. Fe2+ is regenerated to Fe3+ by reaction of oxygen in air in a separate packed column. The regenerated liquid is recirculated. Sulfur is filtered and separated as a byproduct. The paper presents the experience in using the spray towers for hydrogen sulfide removal and further use of the clean gas for generating power using gas engines. The maximum allowable limit of H2S for the gas engine is 200 ppm (v/v) in order to prevent any corrosion of engine parts and fouling of the lubricating oil. With the current ISET process, the hydrogen sulfide from the biogas is cleaned to less than 100 ppm (v/v) and the sweet gas is used for power generation. The system is designed for 550 NM3/hr of biogas and inlet H2S concentration of 2.5 %. The inlet concentration of the H2S is about 1 - 1.5 % and average measured outlet concentration is about 30 ppm, with an average gas flow of about 300 - 350 NM3/hr, which is the current gas production rate. The sweet gas is used for power generation in a 1.2 MWe V 12 engine. The average power generation is about 650 - 750 kWe, which is the captive load of the industry. The plant is a CHP (combined heat power) unit with heat from the cylinder cooling and flue being recovered for hot water and steam generation respectively. The specific fuel consumption is 2.29 kWh/m(3) of gas. The system has been in operation for more than 13,000 hours in last one year in the industry. About 8.4 million units of electricity has been generated scrubbing about 2.1 million m3 of gas. Performance of the scrubber and the engine is discussed at daily performance level and also the overall performance with an environment sustenance by precipitating over 27 tons of sulfur.

Application of Similarity Theory to the Characterization of Non-Transferred Laminar Plasma Jet Generation

Laminar-flow non-transferred DC plasma jets were generated by a torch with an inter-electrode insert by which the arc column was limited to a length of about 20 mm. Current–voltage characteristics, thermal efficiency and jet length, a parameter which changes greatly with the generating parameters in contrast with the almost unchangeable jet length of the turbulent plasma, were investigated systematically, by using the similarity theory combined with the corresponding experimental examination. Formulae in non-dimensional forms were derived for predicting the characteristics of the laminar plasma jet generation, within the parameter ranges where no transfer to turbulent flow occurs. Mean arc temperature in the torch channel and mean jet-flow temperature at the torch exit were obtained, and the results indicate that the thermal conductivity feature of the working gas seems to be an important factor affecting thermal efficiency of laminar plasma generation.

Separation of peptides on mixed mode of reversed-phase and ion-exchange capillary electrochromatography with a monolithic column

The mixed mode of reversed phase (RP) and strong canon-exchange (SCX) capillary electrochromatography (CEC) based on a monolithic capillary column has been developed. The capillary monolithic column was prepared by in situ copolymerization of 2-(sulfooxy)ethyl methacrylate (SEMA) and ethylene dimethacrylate (EDMA) in the presence of porogens. The sulfate group provided by the monomer SEMA on the monolithic bed is used for the generation of the electroosmotic flow (EOF) from the anode to the cathode, but at the same time serves as a SCX stationary phase. A mixed-mode (RP/SCX) mechanism for separation of peptides was observed in the monolithic column, comprising hydrophobic and electrostatic interaction as well as electrophoretic migration at a low pH value of mobile phase. A column efficiency of more than 280000 plates/m for the unretained compound has been obtained on the prepared monoliths. The relative standard deviations observed for to and retention factors of peptides were about 0.32% and less than 0.71% for ten consecutive runs, respectively. Effects of mobile phase compositions on the EOF of the monolithic column and on the separation of peptides were investigated. The selectivity on separation of peptides in the monolithic capillary column could be easily manipulated by varying the mobile phase composition.

Chirality in the new generation of antidepressants: stereoselective analysis of the enantiomers of mirtazapine, N-demethylmirtazapine, and 8-hydroxymirtazapine by LC-MS.

Mirtazapine is an antidepressant that acts specifically on noradrenergic and sertonergic receptors. A LC-MS method was developed that allows the simultaneous analysis of the R-(-)- and S-(+)-enantiomers of mirtazapine (MIR), demethylmirtazapine (DMIR), and 8-hydroxymirtazapine (8-OH-MIR) in plasma of MIR-treated patients. The method involves a 3-step liquid-liquid extraction, an HPLC separation on a Chirobiotic V column, and MS detection in electrospray mode. The limit of quantification (LOQ) for all enantiomers was 0.5 ng/mL, and the intra- and interday CVs were within 3.3% to 11.7% (concentration ranges 5-50 ng/mL). A method is also presented for the quantitative analysis of glucuroconjugated MIR and 8-OH-MIR. S-(+)-8-OH-MIR is present in plasma mainly as its glucuronide. Preliminary data suggest that in all patients, except in those comedicated with CYP2D6 inhibitors such as fluoxetine and thioridazine, R-(-)-MIR concentrations were higher than those of S-(+)MIR. Moreover, fluvoxamine seems also to inhibit the metabolism of MIR. Therefore, this method seems to be suitable for the stereoselective assay of MIR and its metabolites in plasma of patients comedicated with MIR and other drugs for routine and research purposes.

Separation of astaxanthin from cells of Phaffia rhodozyma using colloidal gas aphrons (CGA) in a flotation column

The aim of this study is to investigate the separation of astaxanthin from the cells of Phaffia rhodozyma using colloidal gas aphrons (CGA), which are surfactant stabilized microbubbles, in a flotation column. It was reported in previous studies that optimum recoveries are achieved at conditions that favor electrostatic interactions. Therefore, in this study, CGA generated from the cationic surfactant hexadecyl trimethyl ammonium bromide (CTAB) were applied to suspensions of cells pretreated with NaOH. The different operation modes (batch or continuous) and the effect of volumetric ratio of CGA to feed, initial concentration of feed, operating height, and flow rate of CGA on the separation of astaxanthin were investigated. The volumetric ratio was found to have a significant effect on the separation of astaxanthin for both batch and continuous experiments. Additionally, the effect of homogenization of the cells on the purity of the recovered fractions was investigated, showing that the homogenization resulted in increased purity. Moreover, different concentrations of surfactant were used for the generation of CGA for the recovery of astaxanthin on batch mode; it was found that recoveries up to 98% could be achieved using CGA generated from a CTAB solution 0.8 mM, which is below the CTAB critical micellar concentration (CMC). These results offer important information for the scale-up of the separation of astaxanthin from the cells of P. rhodozyma using CGA.

Low generation triazine-based dendrimers-synthesis, characterzation and in vitro biological activity

In the present study, two low generation triazine-based dendrimers, G1.0(Cl)4 dendrimer and G1.5(OH)8 dendrimer, were synthesized and their cytotoxicity were tested by using the NIH 3T3 and the A2780 cell lines. In the synthesis process of the G1.0(Cl)4 dendrimer, cyanuric chloride (CAC) which has high reactivity chlorine atom was connected to the terminal of triethylene glycol (TEG) via nucleophilic substitution by controlling temperature. The prepared G1.0(Cl)4 dendrimer was purified by silica gel column chromatography. Then the four chlorine atoms in the G1.0(Cl)4 dendrimer were substituted by diethanolamine (DEA) to give dendrimer with the hydroxyl terminal group G1.5(OH)8. The starting materials, CAC, G1.0(Cl)4 dendrimer and G1.5(OH)8 dendrimer were analyzed by one-dimensional NMR, FTIR and MS techniques. The two dendrimers, G1.0(Cl)4 and G1.5(OH)8, showed perfect stability in the air environment at room temperature. However, G1.0(Cl)4 is not soluble in water while the G1.5(OH)8 dendrimer is a water soluble compound. Furthermore, cell biological evaluation at the studied concentrations showed that the CAC, as well as the prepared G1.0(Cl)4 and G1.5(OH)8 dendrimers, have no cytotoxicity towards the NIH 3T3 and A2780 cell lines.

The role of the vagus nerve in the generation of cardiorespiratory interactions in a neotropical fish, the pacu, Piaractus mesopotamicus

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

On-line redox speciation analysis of antimony using L-proline immobilized on controlled pore glass and hydride generation inductively coupled plasma optical emission spectrometry for detection

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)