Réalité augmentée automatique à partir d'une séquence vidéo et utilisant la stéréoscopie dense

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

Dissolution of a spatially variable DNAPL (dense non aqueous phase liquid) source

Dissolution of non-aqueous phase liquids (NAPLs) or gases into groundwater is a key process, both for contamination problems originating from organic liquid sources, and for dissolution trapping in geological storage of CO2. Dissolution in natural systems typically will involve both high and low NAPL saturations and a wide range of pore water flow velocities within the same source zone for dissolution to groundwater. To correctly predict dissolution in such complex systems and as the NAPL saturations change over time, models must be capable of predicting dissolution under a range of saturations and flow conditions. To provide data to test and validate such models, an experiment was conducted in a two-dimensional sand tank, where the dissolution of a spatially variable, 5x5 cm**2 DNAPL tetrachloroethene source was carefully measured using x-ray attenuation techniques at a resolution of 0.2x0.2 cm**2. By continuously measuring the NAPL saturations, the temporal evolution of DNAPL mass loss by dissolution to groundwater could be measured at each pixel. Next, a general dissolution and solute transport code was written and several published rate-limited (RL) dissolution models and a local equilibrium (LE) approach were tested against the experimental data. It was found that none of the models could adequately predict the observed dissolution pattern, particularly in the zones of higher NAPL saturation. Combining these models with a model for NAPL pool dissolution produced qualitatively better agreement with experimental data, but the total matching error was not significantly improved. A sensitivity study of commonly used fitting parameters further showed that several combinations of these parameters could produce equally good fits to the experimental observations. The results indicate that common empirical model formulations for RL dissolution may be inadequate in complex, variable saturation NAPL source zones, and that further model developments and testing is desirable.

XFEL resonant photo-pumping of dense plasmas and dynamic evolution of autoionizing core hole states

Similarly to the case of LIF (Laser-Induced Fluorescence), an equally revolutionary impact to science is expected from resonant X-ray photo-pumping. It will particularly contribute to a progress in high energy density science: pumped core hole states create X-ray transitions that can escape dense matter on a 10 fs-time scale without essential photoabsorption, thus providing a unique possibility to study matter under extreme conditions. In the first proof of principle experiment at the X-ray Free Electron Laser LCLS at SCLAC [Seely, J., Rosmej, F.B., Shepherd, R., Riley, D., Lee, R.W. Proposal to Perform the 1^st High Energy Density Plasma Spectroscopic Pump/Probe Experiment", approved LCLS proposal L332 (2010)] we have successfully pumped inner-shell X-ray transitions in dense plasmas. The plasma was generated with a YAG laser irradiating solid Al and Mg targets attached to a rotating cylinder. In parallel to the optical laser beam, the XFEL was focused into the plasma plume at different delay times and pump energies. Pumped X-ray transitions have been observed with a spherically bent crystal spectrometer coupled to a Princeton CCD. By using this experimental configuration, we have simultaneously achieved extremely high spectral (λ/δλ ≈ 5000) and spatial resolution (δx≈70 μm) while maintaining high luminosity and a large spectral range covered (6.90 - 8.35 Å). By precisely measuring the variations in spectra emitted from plasma under action of XFEL radiation, we have successfully demonstrated transient X- ray pumping in a dense plasma.

Experimental measurements of the collisional absorption of XUV radiation in warm dense aluminium

The collisional (or free-free) absorption of soft x rays in warm dense aluminium remains an unsolved problem. Competing descriptions of the process exist, two of which we compare to our experimental data here. One of these is based on a weak scattering model, another uses a corrected classical approach. These two models show distinctly different behaviors with temperature. Here we describe experimental evidence for the absorption of 26-eV photons in solid density warm aluminium (Te≈1 eV). Radiative x-ray heating from palladium-coated CH foils was used to create the warm dense aluminium samples and a laser-driven high-harmonic beam from an argon gas jet provided the probe. The results indicate little or no change in absorption upon heating. This behavior is in agreement with the prediction of the corrected classical approach, although there is not agreement in absolute absorption value. Verifying the correct absorption mechanism is decisive in providing a better understanding of the complex behavior of the warm dense state.

Wavelength converters based on four-wave mixing in semiconductor optical amplifiers for advanced modulation formats

Les convertisseurs de longueur d’onde sont essentiels pour la réalisation de réseaux de communications optiques à routage en longueur d’onde. Dans la littérature, les convertisseurs de longueur d’onde basés sur le mélange à quatre ondes dans les amplificateurs optiques à semi-conducteur constituent une solution extrêmement intéressante, et ce, en raison de leurs nombreuses caractéristiques nécessaires à l’implémentation de tels réseaux de communications. Avec l’émergence des systèmes commerciaux de détection cohérente, ainsi qu’avec les récentes avancées dans le domaine du traitement de signal numérique, il est impératif d’évaluer la performance des convertisseurs de longueur d’onde, et ce, dans le contexte des formats de modulation avancés. Les objectifs de cette thèse sont : 1) d’étudier la faisabilité des convertisseurs de longueur d’onde basés sur le mélange à quatre ondes dans les amplificateurs optiques à semi-conducteur pour les formats de modulation avancés et 2) de proposer une technique basée sur le traitement de signal numérique afin d’améliorer leur performance. En premier lieu, une étude expérimentale de la conversion de longueur d’onde de formats de modulation d’amplitude en quadrature (quadrature amplitude modulation - QAM) est réalisée. En particulier, la conversion de longueur d’onde de signaux 16-QAM à 16 Gbaud et 64-QAM à 5 Gbaud dans un amplificateur optique à semi-conducteur commercial est réalisée sur toute la bande C. Les résultats démontrent qu’en raison des distorsions non-linéaires induites sur le signal converti, le point d’opération optimal du convertisseur de longueur d’onde est différent de celui obtenu lors de la conversion de longueur d’onde de formats de modulation en intensité. En effet, dans le contexte des formats de modulation avancés, c’est le compromis entre la puissance du signal converti et les non-linéarités induites qui détermine le point d’opération optimal du convertisseur de longueur d’onde. Les récepteurs cohérents permettent l’utilisation de techniques de traitement de signal numérique afin de compenser la détérioration du signal transmis suite à sa détection. Afin de mettre à profit les nouvelles possibilités offertes par le traitement de signal numérique, une technique numérique de post-compensation des distorsions induites sur le signal converti, basée sur une analyse petit-signal des équations gouvernant la dynamique du gain à l’intérieur des amplificateurs optiques à semi-conducteur, est développée. L’efficacité de cette technique est démontrée à l’aide de simulations numériques et de mesures expérimentales de conversion de longueur d’onde de signaux 16-QAM à 10 Gbaud et 64-QAM à 5 Gbaud. Cette méthode permet d’améliorer de façon significative les performances du convertisseur de longueur d’onde, et ce, principalement pour les formats de modulation avancés d’ordre supérieur tel que 64-QAM. Finalement, une étude expérimentale exhaustive de la technique de post-compensation des distorsions induites sur le signal converti est effectuée pour des signaux 64-QAM. Les résultats démontrent que, même en présence d’un signal à bruité à l’entrée du convertisseur de longueur d’onde, la technique proposée améliore toujours la qualité du signal reçu. De plus, une étude du point d’opération optimal du convertisseur de longueur d’onde est effectuée et démontre que celui-ci varie en fonction des pertes optiques suivant la conversion de longueur d’onde. Dans un réseau de communication optique à routage en longueur d’onde, le signal est susceptible de passer par plusieurs étages de conversion de longueur d’onde. Pour cette raison, l’efficacité de la technique de post-compensation est démontrée, et ce pour la première fois dans la littérature, pour deux étages successifs de conversion de longueur d’onde de signaux 64-QAM à 5 Gbaud. Les résultats de cette thèse montrent que les convertisseurs de longueur d’ondes basés sur le mélange à quatre ondes dans les amplificateurs optiques à semi-conducteur, utilisés en conjonction avec des techniques de traitement de signal numérique, constituent une technologie extrêmement prometteuse pour les réseaux de communications optiques modernes à routage en longueur d’onde.

Balancing Energy and Performance in Dense Linear System Solvers for Hybrid ARM+GPU platforms

The high performance computing community has traditionally focused uniquely on the reduction of execution time, though in the last years, the optimization of energy consumption has become a main issue. A reduction of energy usage without a degradation of performance requires the adoption of energy-efficient hardware platforms accompanied by the development of energy-aware algorithms and computational kernels. The solution of linear systems is a key operation for many scientific and engineering problems. Its relevance has motivated an important amount of work, and consequently, it is possible to find high performance solvers for a wide variety of hardware platforms. In this work, we aim to develop a high performance and energy-efficient linear system solver. In particular, we develop two solvers for a low-power CPU-GPU platform, the NVIDIA Jetson TK1. These solvers implement the Gauss-Huard algorithm yielding an efficient usage of the target hardware as well as an efficient memory access. The experimental evaluation shows that the novel proposal reports important savings in both time and energy-consumption when compared with the state-of-the-art solvers of the platform.