Contribution à la planification tactique et opérationnelle du transport forestier

Cette thèse est une contribution à la modélisation, la planification et l’optimisation du transport pour l’approvisionnement en bois de forêt des industries de première transformation. Dans ce domaine, les aléas climatiques (mise au sol des bois par les tempêtes), sanitaires (attaques bactériologiques et fongiques des bois) et commerciaux (variabilité et exigence croissante des marchés) poussent les divers acteurs du secteur (entrepreneurs et exploitants forestiers, transporteurs) à revoir l’organisation de la filière logistique d’approvisionnement, afin d’améliorer la qualité de service (adéquation offre-demande) et de diminuer les coûts. L’objectif principal de cette thèse était de proposer un modèle de pilotage améliorant la performance du transport forestier, en respectant les contraintes et les pratiques du secteur. Les résultats établissent une démarche de planification hiérarchique des activités de transport à deux niveaux de décision, tactique et opérationnel. Au niveau tactique, une optimisation multi-périodes permet de répondre aux commandes en minimisant l’activité globale de transport, sous contrainte de capacité agrégée des moyens de transport accessibles. Ce niveau permet de mettre en œuvre des politiques de lissage de charge et d’organisation de sous-traitance ou de partenariats entre acteurs de transport. Au niveau opérationnel, les plans tactiques alloués à chaque transporteur sont désagrégés, pour permettre une optimisation des tournées des flottes, sous contrainte des capacités physiques de ces flottes. Les modèles d’optimisation de chaque niveau sont formalisés en programmation linéaire mixte avec variables binaires. L’applicabilité des modèles a été testée en utilisant un jeu de données industrielles en région Aquitaine et a montré des améliorations significatives d’exploitation des capacités de transport par rapport aux pratiques actuelles. Les modèles de décision ont été conçus pour s’adapter à tout contexte organisationnel, partenarial ou non : la production du plan tactique possède un caractère générique sans présomption de l’organisation, celle-ci étant prise en compte, dans un deuxième temps, au niveau de l’optimisation opérationnelle du plan de transport de chaque acteur.

Le Plan Nord du gouvernement du Québec : analyse du design, du positionnement et de la planification stratégique des projets d'infrastructures de transport

Cette recherche a été financée par le Fonds de recherche sur la société et la culture du Québec et le Conseil de recherches en sciences humaines. L’auteur a de plus reçu le support financier du programme de remboursement des frais de scolarité des forces armées canadiennes. Les cartes ont été produites grâce au logiciel ArcGIS (ESRI).

Du transport, de la conservation et de la force des bois ou l'on trouvera des moyens d'attendrir les bois, de leur donner diverses courbures, sur-tout pour la construction des vaisseaux et de former des pieces d'assemblage pour suppléer au défaut des pieces simples : faisant la conclusion du Traité complet des bois et des forets /

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ELECTRON-TRANSPORT THROUGH GAALAS BARRIERS IN GAAS

We have analyzed electronic transport through a single, 200-angstrom-thick, Ga0.74Al0.36As barrier embedded in GaAs. At low temperatures and high electric field, the Fowler-Nordheim regime is observed, indicating that the barrier acts as insulating layers. At higher temperatures the thermionic regime provides an apparent barrier height, decreasing with the field, which is equal to the expected band offset when extrapolated to zero field. However, for some samples, the current is dominated by the presence of electron traps located in the barrier. A careful analysis of the temperature and field behavior of this current allows to deduce that the mechanism involved is field-enhanced emission from electron traps. The defects responsible are tentatively identified as DX centers, resulting from the contamination of the barrier by donor impurities.

Planification de la récolte et allocation des produits aux usines

L’industrie forestière est un secteur qui, même s’il est en déclin, se trouve au cœur du débat sur la mondialisation et le développement durable. Pour de nombreux pays tels que le Canada, la Suède et le Chili, les objectifs sont de maintenir un secteur florissant sans nuire à l’environnement et en réalisant le caractère fini des ressources. Il devient important d’être compétitif et d’exploiter de manière efficace les territoires forestiers, de la récolte jusqu’à la fabrication des produits aux usines, en passant par le transport, dont les coûts augmentent rapidement. L’objectif de ce mémoire est de développer un modèle de planification tactique/opérationnelle qui permet d’ordonnancer les activités pour une année de récolte de façon à satisfaire les demandes des usines, sans perdre de vue le transport des quantités récoltées et la gestion des inventaires en usine. L’année se divise en 26 périodes de deux semaines. Nous cherchons à obtenir les horaires et l’affectation des équipes de récolte aux blocs de coupe pour une année. Le modèle mathématique développé est un problème linéaire mixte en nombres entiers dont la structure est basée sur chaque étape de la chaine d’approvisionnement forestière. Nous choisissons de le résoudre par une méthode exacte, le branch-and-bound. Nous avons pu évaluer combien la résolution directe de notre problème de planification était difficile pour les instances avec un grand nombre de périodes. Cependant l’approche des horizons roulants s’est avérée fructueuse. Grâce à elle en une journée, il est possible de planifier les activités de récolte des blocs pour l’année entière (26 périodes).

Planification et dimensionnement des réseaux optiques de longues distances

Le projet de recherche porte sur l'étude des problèmes de conception et de planification d'un réseau optique de longue distance, aussi appelé réseau de coeur (OWAN-Optical Wide Area Network en anglais). Il s'agit d'un réseau qui transporte des flots agrégés en mode commutation de circuits. Un réseau OWAN relie différents sites à l'aide de fibres optiques connectées par des commutateurs/routeurs optiques et/ou électriques. Un réseau OWAN est maillé à l'échelle d'un pays ou d’un continent et permet le transit des données à très haut débit. Dans une première partie du projet de thèse, nous nous intéressons au problème de conception de réseaux optiques agiles. Le problème d'agilité est motivé par la croissance de la demande en bande passante et par la nature dynamique du trafic. Les équipements déployés par les opérateurs de réseaux doivent disposer d'outils de configuration plus performants et plus flexibles pour gérer au mieux la complexité des connexions entre les clients et tenir compte de la nature évolutive du trafic. Souvent, le problème de conception d'un réseau consiste à prévoir la bande passante nécessaire pour écouler un trafic donné. Ici, nous cherchons en plus à choisir la meilleure configuration nodale ayant un niveau d'agilité capable de garantir une affectation optimale des ressources du réseau. Nous étudierons également deux autres types de problèmes auxquels un opérateur de réseau est confronté. Le premier problème est l'affectation de ressources du réseau. Une fois que l'architecture du réseau en termes d'équipements est choisie, la question qui reste est de savoir : comment dimensionner et optimiser cette architecture pour qu'elle rencontre le meilleur niveau possible d'agilité pour satisfaire toute la demande. La définition de la topologie de routage est un problème d'optimisation complexe. Elle consiste à définir un ensemble de chemins optiques logiques, choisir les routes physiques suivies par ces derniers, ainsi que les longueurs d'onde qu'ils utilisent, de manière à optimiser la qualité de la solution obtenue par rapport à un ensemble de métriques pour mesurer la performance du réseau. De plus, nous devons définir la meilleure stratégie de dimensionnement du réseau de façon à ce qu'elle soit adaptée à la nature dynamique du trafic. Le second problème est celui d'optimiser les coûts d'investissement en capital(CAPEX) et d'opération (OPEX) de l'architecture de transport proposée. Dans le cas du type d'architecture de dimensionnement considérée dans cette thèse, le CAPEX inclut les coûts de routage, d'installation et de mise en service de tous les équipements de type réseau installés aux extrémités des connexions et dans les noeuds intermédiaires. Les coûts d'opération OPEX correspondent à tous les frais liés à l'exploitation du réseau de transport. Étant donné la nature symétrique et le nombre exponentiel de variables dans la plupart des formulations mathématiques développées pour ces types de problèmes, nous avons particulièrement exploré des approches de résolution de type génération de colonnes et algorithme glouton qui s'adaptent bien à la résolution des grands problèmes d'optimisation. Une étude comparative de plusieurs stratégies d'allocation de ressources et d'algorithmes de résolution, sur différents jeux de données et de réseaux de transport de type OWAN démontre que le meilleur coût réseau est obtenu dans deux cas : une stratégie de dimensionnement anticipative combinée avec une méthode de résolution de type génération de colonnes dans les cas où nous autorisons/interdisons le dérangement des connexions déjà établies. Aussi, une bonne répartition de l'utilisation des ressources du réseau est observée avec les scénarios utilisant une stratégie de dimensionnement myope combinée à une approche d'allocation de ressources avec une résolution utilisant les techniques de génération de colonnes. Les résultats obtenus à l'issue de ces travaux ont également démontré que des gains considérables sont possibles pour les coûts d'investissement en capital et d'opération. En effet, une répartition intelligente et hétérogène de ressources d’un réseau sur l'ensemble des noeuds permet de réaliser une réduction substantielle des coûts du réseau par rapport à une solution d'allocation de ressources classique qui adopte une architecture homogène utilisant la même configuration nodale dans tous les noeuds. En effet, nous avons démontré qu'il est possible de réduire le nombre de commutateurs photoniques tout en satisfaisant la demande de trafic et en gardant le coût global d'allocation de ressources de réseau inchangé par rapport à l'architecture classique. Cela implique une réduction substantielle des coûts CAPEX et OPEX. Dans nos expériences de calcul, les résultats démontrent que la réduction de coûts peut atteindre jusqu'à 65% dans certaines jeux de données et de réseau.

La planification métropolitaine et le transit-oriented development (TOD) : les nouveaux instruments de la gouvernance du Grand Montréal

Cette thèse croise les concepts de planification, de gouvernance et de transit-oriented development (TOD) par une étude de la production, de la mise en débat et de l'adoption du plan métropolitain d'aménagement et de développement (PMAD) de la Communauté métropolitaine de Montréal (CMM). Elle expose les résultats de quatre années de recherche qualitative sur les impacts de l'épisode du PMAD et de la stratégie TOD de la CMM sur les pratiques planificatrices et les processus décisionnels du Grand Montréal à l'échelle métropolitaine. Elle révèle que la planification métropolitaine et l'objectif de coordination du transport et de l'aménagement en général ainsi que le PMAD et le concept de TOD en particulier y sont des instruments de gouvernance. Les chapitres 2, 3 et 4 présentent la problématique, le terrain d'enquête et la démarche méthodologique de cette recherche. Le chapitre 5 relate l'épisode du PMAD en analysant son contenu, les procédures par lesquelles la CMM l'a produit, mis en débat et adopté, les réactions des parties prenantes de la région quant à ces aspects et la façon dont elles comptent assurer le suivi de sa mise en œuvre. Le chapitre 6 illustre comment cet épisode a fait du PMAD un instrument de gouvernance pour le Grand Montréal en décortiquant le rôle de la participation publique, des médias, des acteurs des milieux régional et local, des élus, de la CMM et de la société civile de la région au sein de ce processus de changement de registre de la planification et de la gouvernance les déployant sur des bases plus stratégiques et collaboratives. Le chapitre 7 montre que cet épisode a aussi fait du TOD un instrument de gouvernance pour le Grand Montréal en détaillant les tenants et aboutissants du processus d'appropriation, de marchand(is)age et d'instrumentalisation du concept par les élites politiques et techniques à des fins de marketing territorial et de construction de capital politique ouvrant la voie à la stabilisation d'une gouvernance en matière d'aménagement métropolitain. Il se dégage de cette thèse que ces profondes transformations que subissent actuellement la planification et la gouvernance exacerbent le caractère symbiotique de la relation qui les unit.

Modèles et méthodes pour la planification de la récolte forestière

Ce projet de recherche a été réalisé avec la collaboration de FPInnovations. Une part des travaux concernant le problème de récolte chilien a été effectuée à l'Instituto Sistemas Complejos de Ingeniería (ISCI) à Santiago (Chili).

Stratégies d'approvisionnement dans un contexte d'enchères de bois

La planification de l’approvisionnement forestier est une tâche complexe nécessitant la prise en compte de plusieurs facteurs qui opèrent dans un contexte instable. Au cours des dernières années, des modèles mathématiques ont été développés pour supporter les entreprises forestières dans leur processus de planification de l’approvisionnement. Néanmoins, le nouveau régime de gestion de la ressource établi par le gouvernement implique maintenant un marché libre de bois, ce qui engendre une nouvelle source d’incertitude. Les modèles d’approvisionnement forestier développés deviennent ainsi incomplets. L’objectif de cette recherche est donc de guider les industriels forestiers dans la planification de leur approvisionnement tout en leur offrant une approche de mise optimale dans le cadre d’enchères scellées au premier prix. Pour ce faire, nous avons exploré différentes stratégies d’approvisionnement regroupant un modèle de base avec approvisionnement via le bois garanti et les enchères, un autre incluant l’achat sur terres privées et un dernier prenant en considération la collaboration entre des partenaires industriels pour la mise aux enchères. Les modèles de planification des opérations forestières élaborés cherchent à maximiser le profit d’une compagnie forestière, tout en sélectionnant la combinaison optimale de secteurs forestiers sur lesquels miser dans les ventes aux enchères. Les résultats pour le cas étudié montrent qu’une compagnie qui applique l’approche de mise optimale proposée obtient une moyenne de gain plus élevée que les autres soumissionnaires qui n’appliquent pas une telle approche. De plus, lorsque la compagnie forestière intègre dans sa planification l’approvisionnement via des forêts privées, elle peut obtenir un profit plus élevé (augmentation de 5% par rapport au modèle de base). La collaboration s’avère la stratégie d’approvisionnement qui offre le profit le plus élevé pour la compagnie tout en permettant une utilisation plus efficace de la ressource forestière.

Conception d'un outil visant à favoriser la planification intégrée des transports et de l'aménagement du territoire dans les projets routiers

L’essor des villes depuis le 19e siècle, lié à des facteurs socioéconomiques et démographiques, pose plusieurs défis en ce qui concerne le devenir de nos sociétés. Pour les relever, il est nécessaire d’aménager le territoire sur le long terme, en y intégrant les principes du développement durable. Cette approche permet de soutenir le développement de collectivités solidaires, durables, et prospères. Au sein du gouvernement québécois, l’appropriation de ce concept se traduit notamment par la volonté de mettre en place une planification intégrée des transports et de l’aménagement du territoire. La région administrative de l’Outaouais n’est pas en marge de ce défi, puisque l’histoire des transports sur le territoire témoigne de cette interrelation. En effet, plusieurs projets routiers de la région démontrent les effets réciproques entre l’aménagement du territoire et les transports. Ces exemples confirment la nécessité d’améliorer les exercices de planification en Outaouais. À cette fin, l’objectif de cet essai est de créer un outil visant à favoriser la planification intégrée des transports et de l’aménagement du territoire dans les projets routiers. La liste de contrôle constitue la première partie de l’outil et permet de vérifier si les prérequis sont complétés pour assurer la réussite du projet. La deuxième partie de l’outil, la grille d’évaluation, a pour but de déterminer le niveau de cohérence du projet avec les directives à suivre en aménagement du territoire pour la région de l’Outaouais. À l’issue de l’application de la grille, il est possible de discriminer les scénarios entre eux. La création de l’outil repose sur une revue de la littérature des documents de planification territoriale de onze collectivités en Outaouais et il s’inspire de guides et d’outils déjà existants à ce sujet. Sa conception a également été complétée grâce à des ateliers de travail avec les partenaires locaux du ministère des Transports, de la Mobilité durable et de l’Électrification des transports. Pour conclure, des éléments de discussion justifient certains choix et énoncent des mises en garde à propos de l’outil. Ils sont complétés par quatre recommandations énonçant la nécessité d’adapter l’outil selon les objectifs et le contexte du projet routier afin d’optimiser son utilisation.

La gouvernance métropolitaine du transport collectif dans la région montréalaise : le cas du SRB Pie-IX

Montréal parle de disposer d’un service rapide par bus depuis une dizaine années. En 2015, les travaux pour réaliser le premier tronçon du projet appelé le SRB Pie-IX commencent à peine. Comment justifier des délais de réalisation de plusieurs années alors que d’autres villes y arrivent en moins de 3 ans? Plusieurs élus et organismes de Montréal dénoncent une problématique de gouvernance du transport collectif. Seulement, il n’est pas évident de saisir la signification de ce concept si souvent invoqué pour justifier, entre autres, les difficultés de la métropole à faire naître des projets métropolitains de transport collectif. Certains évoquent la responsabilité du gouvernement, d’autres avancent la mauvaise répartition des rôles et responsabilités ou encore déplorent le trop grand nombre d’intervenants dans la région métropolitaine. La gouvernance est un concept à la fois flou et complexe qui cherche à établir la bonne conduite des affaires publiques comme celle de la gestion métropolitaine du transport collectif. Cependant, le système de transport collectif fait intervenir une multitude de parties prenantes aux intérêts contradictoires. La « bonne gouvernance » serait d’établir une collaboration fructueuse qui dépasse les limites institutionnalisées des intervenants pour réaliser des projets d’envergure métropolitaine, comme le SRB Pie-IX.

La gouvernance métropolitaine du transport collectif dans la région montréalaise : le cas du SRB Pie-IX

Montréal parle de disposer d’un service rapide par bus depuis une dizaine années. En 2015, les travaux pour réaliser le premier tronçon du projet appelé le SRB Pie-IX commencent à peine. Comment justifier des délais de réalisation de plusieurs années alors que d’autres villes y arrivent en moins de 3 ans? Plusieurs élus et organismes de Montréal dénoncent une problématique de gouvernance du transport collectif. Seulement, il n’est pas évident de saisir la signification de ce concept si souvent invoqué pour justifier, entre autres, les difficultés de la métropole à faire naître des projets métropolitains de transport collectif. Certains évoquent la responsabilité du gouvernement, d’autres avancent la mauvaise répartition des rôles et responsabilités ou encore déplorent le trop grand nombre d’intervenants dans la région métropolitaine. La gouvernance est un concept à la fois flou et complexe qui cherche à établir la bonne conduite des affaires publiques comme celle de la gestion métropolitaine du transport collectif. Cependant, le système de transport collectif fait intervenir une multitude de parties prenantes aux intérêts contradictoires. La « bonne gouvernance » serait d’établir une collaboration fructueuse qui dépasse les limites institutionnalisées des intervenants pour réaliser des projets d’envergure métropolitaine, comme le SRB Pie-IX.

Utilisation d’arbres de faible vigueur provenant de forêts feuillues tempérées comme matière première pour la fabrication de granules de bois

La présente étude avait pour objectif de contribuer à une meilleure compréhension de la granulation des bois feuillus par l’évaluation de la possibilité technique de transformer des bois feuillus de faible vigueur (l’érable à sucre et le bouleau jaune) en granules conventionnels et granules de haute qualité, un type prometteur de transport énergétique. Trois études individuelles ont été réalisées et présentées dans cette thèse. La première étude visait à déterminer s’il y a des changements de teneur en extractibles, cendres, et lignine du bois entre les classes de vigueur des arbres. Les teneurs plus élevées en extractibles et en lignine dans les arbres peu vigoureux ont suggéré que ces derniers sont plus appropriés par rapport aux arbres vigoureux pour la conversion en biocombustibles solides. La deuxième étude visait à optimiser des procédés de granulation des bois feuillus. L’étude a porté sur l’influence des paramètres du procédé (la température et la force de compression) et des caractéristiques de la matière première (la taille des particules et la teneur en humidité) sur les propriétés physiques et mécaniques des granules de bois. Le procédé de granulation doit être effectué à une température d’environ 100 °C pour minimiser la force de friction dans le granulateur et à une teneur en humidité d’environ 11,2% pour maximiser la masse volumique et la résistance mécanique des granules produites. Cette étude a également confirmé que les arbres de faible qualité sont plus appropriés pour la fabrication de granules de bois que les arbres vigoureux. La troisième étude visait l’élaboration de granules de haute qualité. L’eau chaude à température élevée a été utilisée pour modifier les propriétés de la matière première avant granulation. Les caractéristiques de granulation du matériau traité ont été significativement améliorées. Les granules produites ont montré des propriétés améliorées incluant une plus faible teneur en cendres, une plus haute densité énergétique, une meilleure résistance à l’eau, et une meilleure résistance mécanique. Les résultats obtenus de toutes ces études ont démontré la nécessité de bien connaître les fondements de la granulation des bois feuillus et les solutions pratiques pour l’utilisation d’arbres feuillus de faible qualité, le premier peut être applicable pour le développement de procédés de granulation et le dernier peut contribuer à long terme à la restauration des forêts feuillues dégradées en termes de santé des forêts et de leur valeur.

Transport coopératif d'un objet par deux robots humanoïdes dans un environnement encombré

Il y a présentement de la demande dans plusieurs milieux cherchant à utiliser des robots afin d'accomplir des tâches complexes, par exemple l'industrie de la construction désire des travailleurs pouvant travailler 24/7 ou encore effectuer des operation de sauvetage dans des zones compromises et dangereuses pour l'humain. Dans ces situations, il devient très important de pouvoir transporter des charges dans des environnements encombrés. Bien que ces dernières années il y a eu quelques études destinées à la navigation de robots dans ce type d'environnements, seulement quelques-unes d'entre elles ont abordé le problème de robots pouvant naviguer en déplaçant un objet volumineux ou lourd. Ceci est particulièrement utile pour transporter des charges ayant de poids et de formes variables, sans avoir à modifier physiquement le robot. Un robot humanoïde est une des plateformes disponibles afin d'effectuer efficacement ce type de transport. Celui-ci a, entre autres, l'avantage d'avoir des bras et ils peuvent donc les utiliser afin de manipuler précisément les objets à transporter. Dans ce mémoire de maîtrise, deux différentes techniques sont présentées. Dans la première partie, nous présentons un système inspiré par l'utilisation répandue de chariots de fortune par les humains. Celle-ci répond au problème d'un robot humanoïde naviguant dans un environnement encombré tout en déplaçant une charge lourde qui se trouve sur un chariot de fortune. Nous présentons un système de navigation complet, de la construction incrémentale d'une carte de l'environnement et du calcul des trajectoires sans collision à la commande pour exécuter ces trajectoires. Les principaux points présentés sont : 1) le contrôle de tout le corps permettant au robot humanoïde d'utiliser ses mains et ses bras pour contrôler les mouvements du système à chariot (par exemple, lors de virages serrés) ; 2) une approche sans capteur pour automatiquement sélectionner le jeu approprié de primitives en fonction du poids de la charge ; 3) un algorithme de planification de mouvement qui génère une trajectoire sans collisions en utilisant le jeu de primitive approprié et la carte construite de l'environnement ; 4) une technique de filtrage efficace permettant d'ignorer le chariot et le poids situés dans le champ de vue du robot tout en améliorant les performances générales des algorithmes de SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) défini ; et 5) un processus continu et cohérent d'odométrie formés en fusionnant les informations visuelles et celles de l'odométrie du robot. Finalement, nous présentons des expériences menées sur un robot Nao, équipé d'un capteur RGB-D monté sur sa tête, poussant un chariot avec différentes masses. Nos expériences montrent que la charge utile peut être significativement augmentée sans changer physiquement le robot, et donc qu'il est possible d'augmenter la capacité du robot humanoïde dans des situations réelles. Dans la seconde partie, nous abordons le problème de faire naviguer deux robots humanoïdes dans un environnement encombré tout en transportant un très grand objet qui ne peut tout simplement pas être déplacé par un seul robot. Dans cette partie, plusieurs algorithmes et concepts présentés dans la partie précédente sont réutilisés et modifiés afin de convenir à un système comportant deux robot humanoides. Entre autres, nous avons un algorithme de planification de mouvement multi-robots utilisant un espace d'états à faible dimension afin de trouver une trajectoire sans obstacle en utilisant la carte construite de l'environnement, ainsi qu'un contrôle en temps réel efficace de tout le corps pour contrôler les mouvements du système robot-objet-robot en boucle fermée. Aussi, plusieurs systèmes ont été ajoutés, tels que la synchronisation utilisant le décalage relatif des robots, la projection des robots sur la base de leur position des mains ainsi que l'erreur de rétroaction visuelle calculée à partir de la caméra frontale du robot. Encore une fois, nous présentons des expériences faites sur des robots Nao équipés de capteurs RGB-D montés sur leurs têtes, se déplaçant avec un objet tout en contournant d'obstacles. Nos expériences montrent qu'un objet de taille non négligeable peut être transporté sans changer physiquement le robot.