Projets novateurs réalisés

Matériaux d’emballage en plastique aux propriétés antifongiques/microbiennes

Les matériaux d’emballage plastiques sont nécessaires dans de nombreux produits alimentaires pour éviter la détérioration et prolonger la durée de conservation. Ce projet vise à développer des matériaux d’emballage en plastique qui empêchent les bactéries et champignons de croître à la surface du plastique en contact avec la nourriture ou le pain dans ce cas précis. Outre l’exigence évidente de performance d’incorporer une barrière contre la croissance fongique ou bactérienne, la solution d’emballage doit également satisfaire aux critères suivants : i) elle ne doit pas affecter le goût ni la texture du pain, ii) l’additif doit être « naturel » et ne pas contenir de conservateurs tels que le propionate de calcium, ce qui compromet la connotation saine de la gamme particulière de pain, iii) les propriétés optiques et mécaniques de l’emballage ne doivent pas être compromises, iv) la solution doit être industriellement adaptée aux techniques existantes de traitement du plastique et v) ne pas avoir d’impact environnemental négatif lors de son élimination.

Évaluation de l’état des ponts en béton utilisant la technologie GPR

Les systèmes de gestion des ponts (BMS) sont utilisés partout dans le monde par les agences de transport comme moyen de gérer efficacement les stocks des ponts existants. Le ministère des Transports du Québec (MTQ) possède et maintient un vaste inventaire de plus de 9 600 ponts, soit provinciaux : 5 300 et municipaux : 4 300 ponts. Le MTQ utilise l’inspection visuelle, toujours subjective à la technique, à l’expérience et à l’interprétation des opérateurs, pour enregistrer les défauts sur les ponts et évaluer leur état. Bien qu’une inspection visuelle puisse détecter la plupart des défauts externes; cependant, il ne peut pas détecter les défauts internes dans les structures. De nombreux efforts ont été faits pour résoudre ces problèmes en utilisant des technologies d’évaluation non destructive (EMI), qui restent encore assez limitées. De plus, la plupart des techniques développées se concentraient sur l’évaluation de l’état des tabliers de pont, sans inclure les autres éléments du pont. Par conséquent, l’objectif principal de cette recherche est de développer un système d’évaluation de l’état pour les ponts en béton basé sur les résultats d’inspection du radar à pénétration de sol (GPR) en tant que technologie d’EMI. La recherche proposée rendra les ponts plus sûrs pour la société et l’environnement en développant des modèles et outils innovants d’évaluation de l’état des ponts basés sur le GPR, qui facilitent le rôle des décideurs dans l’évaluation de l’état des tabliers de pont et la décision de la méthode la plus appropriée pour réhabiliter ou remplacer les tabliers.

Renforcer l’équité et l’inclusion par les arts

L’enseignement par les arts a souvent été salué comme un moyen efficace d’engager les élèves marginalisés. Ainsi, il semblerait qu’une approche d’apprentissage imprégnée d’arts puisse promouvoir l’équité et l’inclusion dans les écoles. Ce projet de recherche vise à impliquer les étudiants en tant que co-chercheurs afin d’étudier comment les arts et la créativité permettent à des moments d’équité de naître en classe. Pour atteindre cet objectif global, le stagiaire développera un outil d’évaluation de la conscience de l’équité avant et après l’équité pour les élèves, ainsi qu’une stratégie de documentation permettant aux élèves de capturer et de réfléchir aux moments d’équité qui surviennent lors de leur participation à un projet ArtsSmarts. Ces outils feront progresser l’agenda de recherche d’ArtsSmarts Waterloo Region et soutiendront également le travail de Overlap Associates pour encourager l’innovation en créant des contextes inclusifs pour la collaboration.

Modélisation d’impact de la structure composite de l’aéronef

Les structures composites sont vulnérables aux dommages par impact et doivent satisfaire aux procédures de certification pour les impacts à grande vitesse causés par les collisions d’oiseaux et les dommages causés par des objets étrangers. Puisque réaliser des essais d’impact à grande échelle est très coûteux et donc peu pratique, le développement d’outils analytiques validés pour prédire la réponse structurelle est essentiel pour l’industrie afin de réduire les coûts de développement et d’accélérer le processus de développement. Aujourd’hui, les capacités pour modéliser la défaillance initiale et progressive des matériaux composites n’ont pas été pleinement évaluées ni validées pour les codes commerciaux d’éléments finis. Ainsi, la modélisation précise de la réponse aux impacts et de la défaillance des structures composites soumises à des conditions d’impact et de collision demeure un problème complexe. Malgré l’existence d’un vaste corpus de littérature sur l’analyse progressive des dommages dans les composites, notre compréhension des mécanismes fondamentaux de défaillance et du comportement des composites n’est pas encore complète. Cela découle en grande partie de la nature complexe multiéchelle et interactive des dommages dans les composites.

Évaluation des risques pour la santé humaine du manganèse et des composés inorganiques de manganèse et application de la régression catégorique dans l’évaluation quantitative des risques du manganèse

Risk Sciences International réalise actuellement une évaluation complète des risques des effets potentiels du manganèse sur la santé humaine. Cette évaluation comprend une revue systématique de la littérature mondiale sur les études épidémiologiques et toxicologiques du manganèse, à la suite de laquelle un panel d’experts international a évalué tous les effets néfastes pour la santé identifiés à travers cette revue à l’aide d’une échelle de sévérité de 12 points. En standardisant divers résultats de santé sur une échelle de gravité commune, il est maintenant possible de réaliser une analyse de régression catégorielle des résultats de plus de 200 articles scientifiques contenant des informations dose-réponse pertinentes sur le manganèse. Au cours de ce stage MITACS, Mme Milton assistera les scientifiques principaux du RSI à réaliser la régression catégorielle détaillée de cette base de données unique et complète sur les effets de l’exposition au manganèse sur la santé humaine.

Améliorer l’expérience utilisateur avec une plateforme de jeu social : identifier et s’adapter aux traits et comportements importants des utilisateurs

Ce projet impliquera l’utilisation de modélisation statistique et de techniques d’apprentissage automatique afin d’identifier les facteurs significatifs présents dans les journaux d’interaction des utilisateurs collectés à partir d’un système de jeu social. Ensuite, ces facteurs seront utilisés pour informer, mettre en œuvre et tester une plateforme adaptative permettant de gérer et d’améliorer les comportements liés à l’expérience utilisateur et/ou à la rétention des utilisateurs.

Soutien de l’algèbre informatique et du calcul haute performance pour le contrôle prédictif de modèlesSoutien de l’algèbre informatique et du calcul haute performance pour le contrôle prédictif des modèles

Dans de nombreuses applications industrielles et d’ingénierie, le contrôle des procédés joue un rôle central. Parmi les stratégies de contrôle possibles, le contrôle prédictif par modèle (MPC), aussi appelé contrôle de l’horizon en retrait (RHC), se distingue par son excellente capacité à gérer les contraintes. Bien que la MPC ait été appliquée avec succès à de nombreuses applications industrielles, les développements ultérieurs sont limités lorsqu’il devient nécessaire de résoudre de nombreux grands problèmes d’optimisation en ligne. Pour surmonter cette situation, l’optimisation paramétrique est souvent utilisée de manière à ce que la majeure partie du fardeau de calcul soit reléguée à une phase hors ligne. Dans ce projet, nous proposons de développer des algorithmes et des outils logiciels basés sur le calcul symbolique, afin d’effectuer l’optimisation paramétrique conjointement avec les procédures en ligne correspondantes, en ciblant la MPC dans le cas des contraintes polynomiales et des fonctions objectifs polynomiales. La recherche proposée réunira les dernières avancées en géométrie algébrique réelle computationnelle et en techniques de calcul haute performance. Notre objectif est de générer des paquets axés sur les applications pour MAPLE, le produit phare de notre partenaire industriel. En particulier, l’infrastructure déployée sera utilisée pour soutenir une autre application reposant sur une stratégie en ligne hors ligne, soit la génération de code de programmes parallèles. Cela nous permettra non seulement de tirer parti de l’effort investi pour soutenir MPC via l’optimisation paramétrique symbolique, mais cela servira aussi d’outil de développement dans ce projet en générant un code parallèle portable et efficace en soutien à nos solveurs MPC.

Identification de la région de sécurité du système électrique à l’aide des PMU

Maintenir la sécurité du système électrique est l’un des principaux défis auxquels font face les exploitants de réseaux de transport aujourd’hui. Dans les marchés de l’électricité à évolution rapide et déréglementés, les entreprises de transport à travers le monde ont souvent une double responsabilité conflictuelle de maintenir la sécurité du système et d’atteindre des niveaux élevés de performance en transmission.

La sécurité du système électrique est une fonction complexe de nombreuses variables, dont la connectivité réseau, le mode de charge et de génération, ainsi que les contingences pouvant survenir. Il existe plusieurs moteurs analytiques tels que le flux de puissance, la stabilité transitoire, la stabilité de la tension, etc., qui sont continuellement utilisés pour effectuer des simulations dans les centres de contrôle des services publics afin de déterminer la zone d’exploitation sécuritaire dans les états normaux et en cas de contingence. Même si certaines de ces analyses sont utilisées en ligne (presque en temps réel), le besoin de techniques plus rapides et plus précises a été une source d’inspiration importante pour de nombreux chercheurs à travers le monde.

Dans ce projet de recherche, l’équipe développera un cadre pour identifier la région de sécurité d’un système électrique en utilisant les unités de mesure phasorale et la technique d’exploration de données. Le cadre peut être utilisé dans une application en ligne pour suivre la sécurité du système à partir des mesures en temps réel de la magnitude et de l’angle de tension obtenues à partir des PMU. Une fois terminé, ce projet de recherche bénéficiera aux services publics de plusieurs façons, notamment pour faire fonctionner le système électrique près de ses limites de stabilité, maximiser les limites de capacité de transfert d’énergie vers/depuis un système électrique, et une meilleure préparation à entreprendre des actions préventives et correctives. La technique et le cadre développés seront testés sur quelques systèmes électriques réalistes, y compris le système de BC Hydro.

Nouvelle méthode des éléments frontières pour l’extraction d’inductance dans les câbles à sections transversales complexes

Le projet proposé est dédié à l’extraction rapide de résistance et d’inductance pour les lignes de transmission multiconductrices. Puisque la complexité des conceptions de câbles d’alimentation a considérablement augmenté au cours de la dernière décennie, des outils rapides et précis pour la caractérisation électromagnétique sont nécessaires. Les modèles de câbles actuellement utilisés par Manitoba Hydro sont cependant trop simplifiés comparativement à ceux disponibles sur le marché. La formulation alternative de l’équation intégrale surface-volume-surface est proposée pour réduire le temps de calcul et la mémoire. Au cours de ce projet, le solveur de la Méthode des Moments, basé sur la nouvelle formulation, sera accéléré via des matrices hiérarchiques et/ou une approximation croisée adaptative. Cet extracteur de résistance et d’inductance sera intégré au logiciel PSCAD actuellement développé par Manitoba Hydro.

Étudier les algorithmes d’apprentissage automatique pour détecter en temps réel les anomalies dans les infrastructures informatiques

Le partenaire industriel, Metafor, développe une nouvelle classe de solutions de gestion de systèmes informatiques. Dans le cadre de ce projet, Metafor développe une fonctionnalité de produit qui surveille les activités informatiques et réseau et détecte des signes d’anomalies. C’est un problème important, car les anomalies sont généralement associées à des comportements anormaux des utilisateurs ou du système, ce qui peut potentiellement entraîner des problèmes tels que la défaillance du système. Comme les propriétés des anomalies et des comportements normaux sont par nature stochastiques et dynamiques, des algorithmes efficaces et intelligents de traitement du signal et d’apprentissage automatique sont nécessaires pour détecter ces anomalies. Dans ce projet, le stagiaire réalisera une enquête complète sur l’état de l’art de la détection d’anomalies en temps réel; Étudier un ensemble d’indicateurs ou de caractéristiques du système ainsi que des algorithmes d’apprentissage automatique qui pourraient potentiellement être utiles pour détecter des anomalies. Enfin, le stagiaire mettra en œuvre des algorithmes appropriés pour prédire en temps réel la présence d’anomalies dans le système.

Les effets du stress durant la vie précoce de l’esturgeon blanc sur la physiologie, le développement et la sensibilité olfactive des larves

Des niveaux élevés d’hormones du stress (c’est-à-dire le cortisol) offrent un mécanisme potentiel par lequel l’état du substrat affecte le développement larvaire et la survie de l’esturgeon blanc en voie de disparition. La possibilité que les hormones du stress médient la réponse larvaire aux conditions du substrat sera étudiée en augmentant artificiellement les niveaux de cortisol et en identifiant les effets sur la physiologie larvaire. Les niveaux de cortisol des poissons adultes capturés à l’état sauvage seront également étudiés afin de déterminer les effets de la capture et de la manipulation sur le succès de frai et la qualité des larves. Deux projets finaux étudieront si l’état du substrat (stress de l’habitat) affecte le développement olfactif larvaire et/ou les niveaux d’hormones thyroïdiennes. Ces deux facteurs peuvent être liés au mécanisme d’empreinte par lequel les poissons retournent à leur lieu de naissance pour frayer (par exemple, le saumon). Une meilleure compréhension des facteurs qui influencent la survie et la qualité des larves aidera les deux partenaires du projet à mettre en œuvre à la fois les composantes d’écloserie et d’habitat du plan de rétablissement de l’espèce.

Modélisation 4D des champs potentiels dans les systèmes volcaniques actifs

Les éruptions volcaniques explosives riches en silice représentent une menace majeure et récurrente pour l’environnement de surface terrestre; Ces éruptions peuvent immédiatement déposer jusqu’à plusieurs centaines de kilomètres cubes de cendres volcaniques sur des centaines à des millions de kilomètres carrés, représentant un danger sociétal à l’échelle d’un continent entier. Il est donc essentiel que nous collections des données complètes et développions des modèles 4D (3D dans le temps) qui tiennent compte de manière réaliste des dynamiques menant à ces événements destructeurs. Cela exige que nous comprenions la dynamique précursive du magma à la fois sur de longues échelles de temps humaines longues (des années à des millénaires) et courtes (de mois à semaines). L’étudiant au doctorat mènera chaque année des campagnes de terrain au Chili et en Nouvelle-Zélande pour collecter des données de champ potentiel (gravité, magnétisme et électricité); Cela sera ensuite analysé et modélisé en conjonction avec une gamme d’autres données complémentaires. En utilisant une gamme extraordinairement large de données non propriétaires, ce partenariat de recherche permettra l’étalonnage croisé et l’optimisation du code de modélisation commerciale, ce qui profitera aux deux milieu postsecondaire et l’industrie.