Projets novateurs réalisés

Optimisation logistique intégrée

L’un des principaux défis d’une chaîne d’approvisionnement mondiale est de distribuer les produits de leur point de production à un ensemble de clients dispersés dans une autre région géographique. La planification efficace de ce processus de transport peut avoir des impacts majeurs sur les coûts, la disponibilité des produits, les délais de livraison, les impacts environnementaux, etc.
Dans ce projet, nous considérons le transport longue distance tel qu’il se produit dans les chaînes d’approvisionnement mondiales, où les produits deviennent disponibles à un certain point, c’est-à-dire un terminal à conteneurs, et doivent être distribués dans une région donnée. Sa contribution réside dans le fait que nous considérons un réseau multimodal, de sorte que le choix du moyen de transport à utiliser dépendra de l’objectif du décideur. Il existe un compromis clair entre le délai de livraison et le coût du transport, mais cet équilibre est moins évident lorsqu’on considère les coûts d’inventaire et la disponibilité des produits pour répondre à une demande inconnue, ou lorsque des préoccupations environnementales sont ajoutées à l’équation.

Production d’hydrocarbures de la gamme Gazoline à partir des déchets (Nouveau)

Ce projet est réalisé en collaboration avec un laboratoire gouvernemental travaillant sur un procédé de fermentation qui produit une solution aqueuse de monoalcools à chaînes courtes. Notre contribution à ce travail sera le développement d’un catalyseur hétérogène approprié pour la conversion de ces mélanges d’alcools en hydrocarbures de la gamme gazoline (C5-C9). L’ensemble du projet mènerait alors à un processus de transfert des déchets à gazoline.
L’étudiant travaillera à la préparation, à la caractérisation et aux tests de ces catalyseurs solides.

Production de biodiesel par échographies (Nouveau)

Dans ce projet, nous réalisons la réaction de transestérification des huiles végétales pour produire du biodiesel. Le processus est accéléré lorsque cette réaction est effectuée dans un réacteur continu équipé d’un générateur à ultrasons. Dans ce cas, des conversions très élevées sont obtenues à des temps de résidence aussi bas que 20 secondes comparativement aux heures de la technologie actuelle. L’objectif est d’étudier les différents paramètres impliqués afin de concevoir rationnellement le réacteur industriel.
Les produits de la réaction, incluant les tri-, di et monoglycérides résiduels, ainsi que les divers esters méthyliques d’acides gras (FAME) qui constituent le biodiesel, sont analysés à l’aide d’un chromatographe liquide ultra-haute pression (UHPLC) à la fine pointe de la technologie. Cet instrument est équipé de plusieurs détecteurs, dont un spectromètre de masse à haute résolution.

Nouvelles solutions de cartographie basées sur des images hyperspectrales acquises à partir d’un système aérien sans pilote (drone)

Les systèmes d’aéronefs sans pilote (UAS), aussi appelés drones, sont une technologie émergente avec un potentiel considérable pour permettre de nouvelles applications civiles. Dans un avenir proche, le nombre et l’utilisation des UAS augmenteront. Ils joueront un rôle important dans de nombreuses missions publiques telles que la surveillance des frontières, les relevés de la faune, la formation militaire, la surveillance météorologique et l’application de la loi locale. Lorsqu’ils sont équipés d’une caméra, les UAS sont des plateformes d’acquisition efficaces pour la cartographie régionale et le relevé, à des coûts bien inférieurs aux solutions photogrammétriques aéroportées. Ils présentent des avantages supplémentaires comme un déploiement rapide et facile permettant des acquisitions fréquentes et à jour de données, ainsi que des acquisitions où et quand elles sont nécessaires. De plus, l’altitude de vol plus basse de l’UAS fournit des images avec une résolution spatiale supérieure à celle des plateformes aériennes et spatiales.

La télédétection hyperspectrale s’intéresse à l’extraction d’informations provenant d’objets ou de scènes situés à la surface de la Terre, en fonction de leur radiance acquise par des capteurs aériens ou spatiaux. Il a beaucoup progressé au cours des deux dernières décennies. Les résolutions spectrales et spatiales sans précédent permettent une diversité d’applications nécessitant une identification fine des matériaux ou une estimation de paramètres physiques ou biophysiques. Les principales sources de difficultés liées à l’imagerie hyperpsecrale sont la grande dimensionnalité et la taille des données hyperspectrales, le mélange spectral et les mécanismes de dégradation associés au processus de mesure, tels que les distorsions géométriques et les effets atmosphériques.

Le projet de recherche proposé vise à faire progresser les connaissances liées à la conception et à l’exploitation de nouvelles solutions de cartographie basées sur des images hyperspectrales acquises à partir d’un UAS (c’est-à-dire un drone). Elle se concentre principalement sur les applications minières et agricoles de précision. Des expériences et de nouveaux développements d’algorithmes seront menés afin de résoudre les questions liées à la mosaïque d’images, à la haute dimensionnalité des données et à la distorsion radiométrique des images. Des approches de classification dédiées seront également élaborées pour cartographier des phénomènes ou matériaux spécifiques. Étant donné un ensemble d’observations (c’est-à-dire des vecteurs pixels dans une image hyperspectrale), l’objectif de la classification est d’attribuer une étiquette unique à chaque vecteur de pixels afin qu’il soit bien défini par une classe donnée. L’exploration de caractéristiques, la corrélation, le regroupement et les méthodes de noyau font partie des principales techniques, supervisées et non supervisées, ciblées pour cette recherche sur la classification d’images hyperspectrales. Des efforts seront également investis pour évaluer la précision et les performances réalisables avec une telle technologie. Ce projet est actuellement réalisé en collaboration avec d’autres institutions et centres de recherche (ex. INRS-ETE) et peut impliquer des partenaires industriels à court terme.

Comportement sismique des bâtiments à plusieurs étages avec recul asymétrique

Les structures de bâtiments avec des retraits asymétriques présentent à la fois des irrégularités verticales et en plan. La première est due aux changements brusques de la dimension du plan au niveau du recul, tandis que la seconde résulte de l’asymétrie entre la partie supérieure de la tour et la partie inférieure de la base. Un recul asymétrique introduit des excentricités de masse, de raideur et de résistance dans toute la structure. En conséquence, le comportement de la structure sous excitation sismique latérale dans la direction perpendiculaire au recul est couplé en translation-torsion, ce qui pourrait avoir un effet néfaste sur la réponse structurelle. Ce comportement de couplage n’a pas été étudié en détail, et son effet est largement ignoré par de nombreuses pratiques conventionnelles de conception sismique. Dans cette recherche, on étudie les effets tant du degré que du niveau de recul sur le comportement sismique des cadres de bâtiments à plusieurs étages présentant un recul excentrique. Le degré de retrait fait référence au rapport entre la surface de plan de la tour supérieure et celle de la base inférieure. Une étude analytique complète sera réalisée afin d’identifier les paramètres gouvernants de la configuration structurelle et leurs effets sur la réponse globale de la structure de recul.

Formats de modulation avancés et détection cohérente dans les communications optiques

Notre groupe de recherche examine des techniques pour atténuer les limitations des liaisons de communication optique et pour augmenter la capacité de ces liens. Nous abordons à la fois les solutions de traitement optique et numérique du signal (DSP) d’un point de vue systémique. Maximiser la capacité des communications par fibre est le cri de ralliement de la recherche sur les communications optiques cette décennie, avec un accent sur 1) la modulation d’amplitude en quadrature (QAM) d’ordre élevé, et 2) des débits de bauds plus élevés. Nous examinons par simulation les distorsions du QAM issues de l’amplification non linéaire et de la mitigation dans le DSP; Une validation expérimentale a été récemment complétée. Nous travaillons avec un partenaire industriel pour quantifier théoriquement et par expérimentation l’amélioration du suivi de phase dans le QAM lors de l’utilisation du traitement optique du signal pour supprimer le bruit de phase. Nous étudions l’efficacité et la plage de conversion des longueurs d’onde pour la QAM.

Un élément clé de toutes nos recherches est le développement d’algorithmes stables, précis et efficaces dans le traitement numérique hors ligne des troubles du canal optique. Une mesure expérimentale typique implique une détection cohérente avec un récepteur intégré de 3 dB à 22 GHz, le signal est numérisé à l’aide de deux canaux d’un oscilloscope commercial en temps réel de 80 GS/s avec une bande passante de 30 GHz. Le traitement du signal est effectué hors ligne sur 2 millions d’échantillons capturés. Dans le traitement numérique du signal (DSP), nous appliquons un filtre passe-bas gaussien et effectuons une compensation de dispersion. Nous effectuons ensuite le rééchantillonnage et la récupération temporelle.
Une compensation de décalage de fréquence rapide grossière, non assistée par données, basée sur la transformée de Fourier, est effectuée de façon bloc par bloc sur 30 000 symboles. Nous appliquons un égaliseur dirigé par décision basé sur Wiener-Hopf avec 31 tapotements. Nous appliquons un filtre d’erreur quadratique moyenne minimale pour atténuer l’effet de la bande passante limitée du récepteur. Nous utilisons ensuite un algorithme de maximum de vraisemblance aidé à la décision pour estimer la phase porteuse]. Enfin, nous choisissons le symbole le plus proche des coordonnées I/Q reçues de la constellation QAM et effectuons le mappage symbole-bit. Nous synchronisons avec la séquence binaire pseudo-aléatoire transmise, comptons les erreurs et estimons le taux d’erreur binaire (BER).

L’optimisation et la robustesse des différents algorithmes utilisés sont essentielles pour extraire les meilleurs résultats possibles de nos mesures expérimentales, ainsi que des simulations.

Développement d’un traceur d’environnement acoustique basé sur téléphone intelligent pour des applications d’amélioration de la parole

Les signaux de la parole se propageant dans des environnements fermés sont déformés par deux facteurs importants liés à l’environnement : a) les multiples réflexions du signal par les murs et autres objets présents dans la pièce, appelées coloration et réverbération, pour les réflexions précoces et tardives respectivement, et b) des signaux acoustiques concurrents provenant d’autres sources sonores que le haut-parleur, appelées bruit de fond. De telles distorsions dégradent non seulement la qualité et l’intelligibilité perçues de la parole pour les auditeurs humains (que ce soit en écoutant la voix originale déformée, la parole transmise par téléphone ou un dispositif d’écoute assistée), mais elles nuisent aussi aux systèmes automatiques de reconnaissance de la parole et des locuteurs. Pour tenter d’atténuer ces effets, des algorithmes d’amélioration de la parole ont été largement utilisés, ainsi que des modèles acoustiques spécifiques correspondant aux caractéristiques de l’environnement, dans le cas des applications de reconnaissance automatique de la parole ou du locuteur.

Bien qu’il existe plusieurs méthodes pour mesurer expérimentalement l’effet des distorsions environnementales à partir d’un signal de référence propre, de telles méthodes ne peuvent pas être utilisées en temps réel car un signal de référence est rarement disponible. Par conséquent, les mesures dites aveugles (c’est-à-dire celles qui ne nécessitent pas de signal de référence) doivent être utilisées.

Nous avons récemment proposé des mesures d’estimation non intrusives de la qualité, de l’intelligibilité et du temps de réverbération de la parole. De telles mesures ont démontré qu’elles estiment avec précision la qualité et l’intelligibilité de la parole dans des conditions d’écoute uniquement en bruit, en réverbération seule et en mode bruit plus réverbération. Des versions adaptées de ces métriques ont également démontré qu’elles estiment la qualité et l’intelligibilité de la parole dans des environnements d’écoute complexes pour les utilisateurs d’appareils auditifs et d’implants cochléaires. Ces indicateurs montraient des performances en accord avec celles obtenues avec des mesures de pointe, mais avec l’avantage supplémentaire de ne pas nécessiter d’accès à un signal de référence propre.

Évaluer automatiquement les caractéristiques de l’environnement acoustique peut être utile pour améliorer la performance des algorithmes d’amélioration de la parole. La plupart des méthodes d’amélioration de la parole considèrent les caractéristiques de bas niveau extraites du signal distorsionné, comme le rapport signal/bruit estimé, comme un indicateur pour mesurer la quantité de distorsion vocale présente dans le signal, et s’appuient sur ces informations pour ajuster le fonctionnement de l’algorithme d’amélioration vocale. Cependant, des caractéristiques de niveau supérieur, telles que le temps de réverbération et la qualité/intelligibilité de la parole, n’ont commencé à être explorées que récemment.

Dans ce projet, nous visons à développer des algorithmes d’amélioration de la parole conscients de l’environnement, en tenant compte des prédictions de nos mesures aveugles des caractéristiques acoustiques de l’environnement. Comme première étape pour permettre l’utilisation de ces mesures dans les algorithmes d’amélioration de la parole, il est important de comprendre comment ces caractéristiques se comportent dans des environnements réels variant dans le temps. À cette fin, nous allons développer un outil pour suivre l’évolution de nos mesures d’aveugle au fil du temps en tant qu’application pour téléphones intelligents. L’application enregistrera périodiquement des segments audio, calculera et enregistrera les mesures. L’utilisateur pourra étiqueter les mesures correspondant à des endroits précis (par exemple, à l’intérieur d’une pièce, dans une voiture, dans la rue), et aussi les annoter avec des commentaires et des notes de qualité. Les informations stockées par l’application seront ensuite analysées par les chercheurs et utilisées pour détecter les limites possibles des mesures aveugles. L’application sera ensuite étendue pour offrir aussi une amélioration de la parole consciente de l’environnement; Cependant, cela dépasse le cadre de ce projet à court terme.

Pirater un casque EEG prêt à l’emploi pour une interface cerveau-ordinateur à imagerie motrice

L’objectif du projet est de pirater un casque EEG Emotiv afin qu’il permette le développement d’une interface cerveau-ordinateur (BCI) basée sur l’imagerie motrice (main gauche et droite). Tel que vendu, le casque Emotiv ne possède pas d’électrodes sur la zone sensorimotrice; cependant, si le casque est porté à l’envers, certaines électrodes seraient placées sur cette zone. Ce projet validerait l’utilisation de cette approche « piratée » et comparerait la performance du BCI à celle obtenue avec un équipement EEG de qualité médicale qui possède des électrodes dans la région sensorimotrice. À l’issue du projet, un BCI portable, sans fil à faible coût sera développé, pouvant être utilisé à l’échelle mondiale comme interface homme-machine ou même comme outil de diagnostic.

Application de catalyseurs solides pour améliorer la dégradation des polluants émergents dans l’eau à l’aide de l’ozone

La présence de polluants émergents (produits chimiques tels que les pesticides, les produits pharmaceutiques résiduels et les produits de soins personnels) dans les plans d’eau de surface devient une préoccupation sérieuse non seulement pour leur impact environnemental, mais aussi pour leurs effets néfastes potentiellement graves sur la santé humaine. Des technologies innovantes de traitement de l’eau font l’objet d’études afin de déterminer leur application potentielle dans les installations actuelles de traitement de l’eau potable et des eaux usées afin d’éliminer ces micro-polluants dans l’eau.

Afin de réduire les concentrations de micro-polluants dans l’eau, la réaction avec l’ozone (O3) assistée par des catalyseurs solides est considérée comme un procédé potentiellement viable. L’ozone est un agent oxydant puissant qui peut être produit à partir de l’oxygène à l’aide de générateurs d’ozone disponibles. Puisque l’ozone est très instable dans l’eau, il est nécessaire d’évaluer l’efficacité de différents catalyseurs qui augmentent la stabilité et la sélectivité de l’ozone dans sa réaction avec divers micro-polluants dans l’eau.

Le but du présent projet est de comparer l’efficacité de l’ozonation en présence de trois catalyseurs solides (charbon activé, alumine et alumine modifiée développés dans notre laboratoire) en termes d’élimination des composés cibles et de consommation d’ozone. Un système de réaction semi-continue est actuellement utilisé dans notre laboratoire pour évaluer l’efficacité des catalyseurs et étudier les effets des paramètres de fonctionnement.

Les différentes étapes du travail expérimental comprennent les étapes suivantes :
Comparaison des niveaux de consommation d’ozone et d’élimination des micro-polluants à différentes doses catalyseuses
Réalisation d’expériences d’adsorption d’équilibre pour établir les effets de l’adsorption composée sur les catalyseurs
Détermination du temps requis pour l’élimination maximale des micro-polluants en fonction des paramètres cinétiques

Le projet de recherche implique différentes activités scientifiques. L’étudiant travaillera avec une équipe de chercheurs pour accomplir diverses tâches techniques au Laboratoire d’Ozonation Catalytique. Ces activités incluent :

Préparation de mélanges chimiques de micro-polluants
Fonctionnement d’un réacteur à ozonation catalytique semi-continue
préparation des courbes d’étalonnage HPLC pour les micro-polluants
Analyse d’échantillons de produits de réaction
Collecte et compilation des données de recherche
Préparation de rapports techniques
Collaboration dans le développement de la cinétique des réactions
collaboration dans la réalisation d’une étude préliminaire de faisabilité

L’étudiant travaillera en équipe et recevra la supervision et la formation du superviseur, des boursiers postdoctoraux, des étudiants aux cycles supérieurs (PhD et MSc) ainsi que des étudiants expérimentés de projets de premier cycle.

Application de l’oxydation avancée et de l’ozonation catalytique pour éliminer les antibiotiques de l’eau

La présence de polluants émergents (produits chimiques tels que les pesticides, les produits pharmaceutiques résiduels et les produits de soins personnels) dans les plans d’eau de surface devient une préoccupation sérieuse non seulement pour leur impact environnemental, mais aussi pour leurs effets néfastes potentiellement graves sur la santé humaine. Les antibiotiques sont une classe importante de polluants émergents dans la nature. La présence d’antibiotiques dans la nature peut entraîner le développement de souches bactériennes résistantes aux antibiotiques. C’est un enjeu de santé important. Des technologies innovantes de traitement de l’eau sont à l’étude afin de déterminer leur application potentielle dans les antibiotiques actuels de traitement de l’eau potable et des eaux usées dans l’eau.

Afin de réduire les concentrations d’antibiotiques dans l’eau, la réaction avec l’ozone (O3) assistée par des catalyseurs solides est considérée comme un processus potentiellement viable. L’ozone est un agent oxydant puissant qui peut être produit à partir de l’oxygène à l’aide de générateurs d’ozone disponibles. Puisque l’ozone est très instable dans l’eau, il est nécessaire d’évaluer l’efficacité de différents catalyseurs qui augmentent la stabilité et la sélectivité de l’ozone dans sa réaction avec les antibiotiques dans l’eau.

Le but du présent projet est de comparer l’efficacité de l’ozonation en présence de catalyseurs solides et l’oxydation avancée (O3/H2O2) en termes d’élimination des composés cibles et de consommation d’ozone. Un système de réaction semi-continue est actuellement utilisé dans notre laboratoire pour évaluer l’efficacité des catalyseurs et étudier les effets des paramètres de fonctionnement.

Les différentes étapes du travail expérimental comprennent les étapes suivantes :
Comparaison des niveaux de consommation d’ozone et d’élimination d’antibiotiques à différentes doses de catalyseurs
Réalisation d’expériences d’adsorption d’équilibre pour établir les effets de l’adsorption composée sur les catalyseurs
Détermination du temps requis pour un retrait maximal de l’antibiotique en fonction des paramètres cinétiques

Le projet de recherche implique différentes activités scientifiques. L’étudiant travaillera avec une équipe de chercheurs pour accomplir diverses tâches techniques au Laboratoire d’Ozonation Catalytique. Ces activités incluent :

Préparation de mélanges chimiques d’antibiotiques de composés modèles dans l’eau
Fonctionnement d’un réacteur à ozonation catalytique semi-continue
Préparation des courbes d’étalonnage HPLC pour le polluant
Analyse d’échantillons de produits de réaction
Collecte et compilation des données de recherche
Préparation de rapports techniques
Collaboration dans le développement de la cinétique des réactions
collaboration dans la réalisation d’une étude préliminaire de faisabilité

L’étudiant travaillera en équipe et recevra la supervision et la formation du superviseur, des boursiers postdoctoraux, des étudiants aux cycles supérieurs (PhD et MSc) ainsi que des étudiants expérimentés de projets de premier cycle.

Détection du cancer du sein à l’aide de la technologie ultra-large bande

Le projet utilise la technologie ultra-large bande (UWB) pour construire une image du sein afin de détecter les tumeurs. Un modèle mathématique du sein sous le signal UWB est construit à partir des propriétés du corps humain et des signaux RF dans la plage GHz. Le modèle est utilisé pour simuler la pénétration et la réflexion des signaux UWB. À partir de l’analyse d’ondes, une image 3D du sein doit être construite. Les données doivent être recueillies auprès des patients. Les données sont traitées, analysées, et les images seront affichées. À partir de l’image, les tumeurs seront identifiées. Le système est utilisé comme outil de dépistage du cancer du sein.

L’économie politique de l’assurance maladie mixte public-privé

Les pays en développement, en particulier les pays BRIC à forte croissance, déplacent de plus en plus leur attention du développement économique vers le bien-être social, dont l’assurance santé publique est un élément important.

Actuellement, trois grands systèmes de santé existent dans les pays de l’OCDE : le Service national de santé (NHS) dans les pays nordiques comme la Suède et la Norvège, et les pays du Commonwealth comme le Royaume-Uni, le Canada et l’Australie; le système de sécurité sociale en Europe continentale, incluant la France, l’Allemagne, les Pays-Bas et l’Autriche; et l’assurance maladie privée aux États-Unis. De plus, il existe des variations dans les arrangements de financement et la couverture d’assurance selon les pays; par exemple, les médicaments sur ordonnance ne sont pas couverts par le régime d’assurance publique au Canada, bien que la plupart des autres pays de l’OCDE offrent cette couverture; L’Allemagne permet aux citoyens fortunés de se retirer de l’assurance publique, tandis que les Pays-Bas exigent que les citoyens à revenu élevé se retirent de l’assurance publique. En France, un quote-part important est exigé pour accéder à l’assurance santé publique.

Parmi ces systèmes de santé, lequel devrait être choisi par un pays en développement? Pour répondre à cette question, il faut d’abord comprendre les implications économiques et politiques de ces systèmes de santé. L’assurance santé publique n’est pas un choix purement économique; au contraire, elle est hautement redistributive et coercitive et constitue une décision politique. Les riches ou les pauvres, en bonne santé ou malades, employés ou sans emploi, font face à des coûts et bénéfices différents d’un régime d’assurance maladie publique, selon la nature du régime. La récente réforme de l’ObamaCare souligne la difficulté à équilibrer les intérêts divergents des citoyens et des groupes d’intérêts.

Ce projet évaluera d’abord la répartition des prestations nettes entre les catégories de revenus provenant de quatre principales méthodes de financement des soins de santé, incluant l’assurance santé publique financée par les impôts, l’assurance santé publique financée par la sécurité sociale, l’assurance santé privée fournie par l’employeur et les paiements de votre poche pour les soins de santé. Le projet examinera ensuite les implications politiques de ces impacts de distribution dans un cadre de vote majoritaire. Enfin, le projet analysera la répartition des bénéfices nets globaux selon diverses combinaisons de méthodes de financement et de couverture. Par exemple, quel est l’impact distributif des services hospitaliers et médicaux assurés publiquement ainsi que des régimes de médicaments payés en privé (comme au Canada); Et si un pays propose d’utiliser les quotes-paiements ou les frais d’utilisation pour réduire le coût d’un régime public d’assurance maladie, quelles seraient ses implications politiques potentielles lors d’une élection?

La méthodologie principale de cette étude sera la simulation avec un groupe hypothétique de citoyens. Les citoyens ont divers niveaux de revenu, divers degrés de morbidité, ainsi qu’une répartition de l’emploi et du chômage. L’analyse de l’incidence fiscale basée sur les dépenses et le modèle de vote majoritaire sont les principales méthodes d’analyse, avec l’aide de la théorie de l’assurance.

Le projet mettra en lumière les futures réformes des soins de santé dans les pays développés, notamment sur le mélange public-privé des assurances de soins de longue durée. Le projet est également important pour les pays en développement qui cherchent un modèle d’assurance maladie publique à imiter.