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Informations générales

Événement : 80e Congrès de l’Acfas

Type : Domaine

Section : Section 200 - Sciences naturelles, mathématiques et génie

Description :

Dans divers domaines de recherche, on doit faire appel tant à des mesures sur le terrain qu’à la fabrication de prototypes ou encore à des modèles mathématiques pour simuler un système. Dans le cas de cette session, un éventail de ces approches distinctes sera présenté couvrant un champ d’applications très varié qui va de la modélisation d’une membrane dans un fluide à la mesure du niveau sonore d’un véhicule stationnaire.

Dates :
Responsable :

Programme

Communications orales

De la modélisation à la mesure sur le terrain

  • Fusion de la géométrie et de la cinématique tridimensionnelles du genou humain
    Julien Clément (ÉTS - École de technologie supérieure), Jacques DE GUISE (ÉTS - École de technologie supérieure), Nicola HAGEMEISTER (ÉTS - École de technologie supérieure), Michèle KANHONOU (ÉTS - École de technologie supérieure), Frédéric LAVOIE (CHUM - Centre hospitalier de l'Université de Montréal)

    La gonarthrose est un trouble orthopédique fréquent. Les facteurs morpho-fonctionnels tels que la géométrie 3D et la cinématique 3D sont reconnus comme des acteurs principaux de la pathogénèse de la gonarthrose. Or, il n’existe aucune méthode d’évaluation morpho-fonctionnelle du genou. L’objectif principal de ce projet consiste donc à développer une méthode innovante capable de fusionner, à l’aide d’outils non invasifs et peu irradiants, la géométrie 3D et la cinématique 3D du genou au cours d’accroupissements dynamiques sous charge.

    La cinématique 3D du genou sera enregistrée à l’aide du KneeKG™ puis corrigée à l’aide d’une des méthodes développées : la méthode de calibration multiple et/ou la méthode d’optimisation globale. Une fois corrigée, nous lui fusionnerons la géométrie 3D des os du genou reconstruite à l’aide du système EOS™. Il sera alors possible d’évaluer les surfaces de contact du genou. La validation de notre méthode se fera sur 10 sujets sains et 10 patients souffrant de gonarthrose.

    Le protocole expérimental a été développé et testé à l’aide d’un sujet pilote. Des résultats préliminaires concernant la méthode de calibration multiple sont attendus. Le recrutement des participants a débuté en novembre 2011.

    Ce projet aboutira à une méthode d’évaluation originale permettant d’analyser les caractéristiques morpho-fonctionnelles de genoux sains et arthrosiques au cours d’accroupissements dynamiques sous charge, ce qu’aucune étude biomécanique n’a réalisé à ce jour.

  • Mesurage du niveau de pression acoustique émis par les tuyaux d’échappement des motocyclettes stationnaires
    Benoît Lévesque (Université Laval)

    Le bruit émis par les motocyclettes amène souvent des plaintes des citoyens. Le niveau de bruit des véhicules est réglementé par Transport Canada (Règlement sur la sécurité des véhicules automobiles (C.R.C., ch. 1038) Annexe V.1 - Émission de bruit (norme 1106)). La méthode de mesurage de ce règlement est inapplicable en milieu urbain ou en bordure d’une route, car elle nécessite un grand espace dégagé et des mesures sur les véhicules en accélération. Le MTQ et la SAAQ on donc demandé le développement d’une méthode de mesure simple et efficace du niveau de pression acoustique (bruit) émis par les tuyaux d’échappement des motocyclettes lorsqu’elles ne sont pas en mouvement.

    Une méthode de mesurage a été développée à partir de mesures prises sur des véhicules stationnaires à différents régimes moteurs, et prises sur ces mêmes véhicules conformément à la norme 1106 de Transport Canada. Les données ont aussi servi à déterminer un niveau limite de pression acoustique.

    Ce projet de recherche a permis de développer une méthode de mesure simple (mesure en un point à proximité du tuyau d’échappement sur motocyclettes stationnaires avec régime moteur imposé) et d’établir une limite commune du niveau de pression acoustique qui soit compatible avec la règlementation fédérale, et qui élimine les problèmes rencontrés dans l’application pratique des autres normes de mesures stationnaires (ISO 5130, SAE 1287, SAE J2825, CEE Règlement 41).

  • Vers une nouvelle approche dans l’analyse de l’endommagement d’engrenages en plastique et composite
    Alencar Bravo (UQTR - Université du Québec à Trois-Rivières), Fouad ERCHIQUI (UQAT - Université du Québec en Abitibi-Témiscamingue), Demagna KOFFI (UQTR - Université du Québec à Trois-Rivières), Lotfi TOUBAL (UQTR - Université du Québec à Trois-Rivières)

    De nos jours, le meilleur engrenage pour une application donnée est souvent en plastique et tant les fournisseurs que les fabricants de machine rivalisent d’ingéniosité pour des applications dans des domaines variés. La variation prononcée des propriétés avec la température pose un problème. Le bris appelé thermique s’ajoute à ceux des engrenages en métal. Des travaux ont rapporté l’amélioration de la tenue à la rupture en flexion mais des problèmes demeurent, dont la fragilisation du matériau accompagnant l’augmentation du module élastique, l’inégale répartition des fibres ou leur rupture, etc. Cela entraîne des biais entre les prévisions et le comportement réel et, qui plus est, des tests ont montré que parfois des matériaux et des renforts chers démontrent des performances moindres au cours des essais que d’autres moins chers. D’autres ont apporté des remèdes pour un matériau particulier ou formulé de nouveaux composites. Des travaux de chercheurs et les nôtres ont montré que l’usure combinée à l’échauffement demeure la cause principale d’avarie. Dans cet article nous passons en revue les articles traitant de la détérioration des engrenages en plastique et composites. Les auteurs ont mis en évidence des modes particuliers d’endommagement. En analysant les études nous proposons une nouvelle approche basée sur deux phases désignées « douce » et « sévère » de l’endommagement afin d’élaborer une analyse multicritère de prévision d’avarie des engrenages.

  • Étude expérimentale du procédé de soudage d’un acier inoxydable par un laser fibre de 15 kW
    René BEAULIEU (Cégep de la Pocatière), Lorraine BLAIS (CSTPQ - Centre spécialisé de technologie physique du Québec), Guillaume CARON (CSTPQ - Centre spécialisé de technologie physique du Québec), Mathieu Foster (CSTPQ - Centre spécialisé de technologie physique du Québec), Martin LANGLOIS (Optech)

    Pour étudier le procédé de soudage de l’acier inoxydable austénitique 304L et comprendre le phénomène de fusion ou de vaporisation en cause, une série d’expériences a été réalisée pour caractériser le panache et le capillaire de vaporisation qui résultent de l’interaction laser-matière. Différents faisceaux lasers ont été mis à contribution pour caractériser le panache qui se forme au-dessus du point d’impact du faisceau du laser fibre. Ces faisceaux ont permis de mesurer la réfraction et la diffusion du faisceau du laser fibre qui sont causées par le panache. Aussi, une caméra à haute vitesse a été utilisée pour filmer le panache et le bain de fusion. Finalement, le spectre du panache a été mesuré avec un spectromètre à haute résolution pour déterminer le degré d’ionisation du panache.

  • Le prototypage rapide robotisé pour la fabrication des structures en glace
    Jorge ANGELES (Université McGill), Eric Barnett (Université McGill), Damiano PASINI (Université McGill), Pieter SIJPKES (Université McGill)

    Les constructions en glace fascinent, particulièrement au Québec. Au cours des dernières années, une équipe de recherche de l'Université McGill a mis au point des systèmes de prototypage rapide, aussi nommé impression en 3 D, pour construire des structures de glace. Au moyen d'un robot Cobra 600 d'Adept Technology, un système a été conçu et mis au point, capable de fabriquer un objet de n'importe quelle forme, de dimensions maximales d'environ 300 x 300 x 200 mm, en utilisant un fichier d'entrée de format STL. La précision du système est voisine de 0,5 mm, la vitesse de construction d'environ un litre par jour. Le processus d'adaptation du robot passe par la mise au point de plusieurs sous-systèmes importants. Celui de distribution d'eau est constitué d'un ensemble valve-buse, l'eau étant fournie par des réservoirs pressurisés à l'air. Un matériel d'échafaudage à base d'huile, qui s'adapte aux changements de phase et ne se dégrade pas au contact de la glace, a été développé. Des adaptations étaient également nécessaires sur le plan logiciel. Des algorithmes de tranchage de l'objet 3 D STL, de commande de la trajectoire du robot, et de détection et correction d'erreurs géométriques ont été mis au point. Ces algorithmes contribuent à l'avancement des connaissances ; ils peuvent également être appliqués à d'autres domaines, comme le traitement de signaux et la fabrication.

  • Une nouvelle méthode
    Rodrigue Kéou (UdeM - Université de Montréal), Robert OWENS (UdeM - Université de Montréal)

    Dans notre exposé, nous présentons une nouvelle formulation de la méthode Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) pour la résolution des équations de Navier-Stokes incompressibles, même en présence des forces singulières. Notre approche utilise un schéma à pas fractionnaire d'ordre deux qui, dans un premier temps, calcule une vitesse intermédiaire en ignorant la contrainte d'incompressibilité. Cette vitesse intermédiaire est ensuite projetée dans l'espace des champs vectoriels incompressibles, afin de trouver la vitesse et la pression à la fin du pas de temps via une équation de Poisson sur une fonction scalaire qu'il faudra déterminer pendant ce pas de temps.

    Notre modèle est ensuite testé à la résolution d'un écoulement cisaillé simple de Poiseuille; nos résultats sont ensuite comparés avec ceux qui existent dans la littérature.

    Nous nous servons par la suite de notre modèle pour simuler la dynamique d'une membrane immergée dans un fluide visqueux et incompressible. La membrane est représentée par une spline cubique le long de laquelle la tension présente dans celle-ci est calculée et transmise au fluide environnant. Les équations de Navier-Stokes, avec une force singulière issue de la membrane, sont ensuite résolues pour déterminer la vitesse du fluide dans lequel est immergée la membrane. La vitesse du fluide ainsi obtenue est interpolée sur l'interface, afin de déterminer son déplacement.

  • Ingénierie du système de gestion de la maintenance dans un contexte distribué
    Daoud Aït-Kadi (Université Laval), Med Anouar JAMALI (ESITH -CASA), Lalla Samira Touhami (Université Laval)

    * Lalla Samira TOUHAMI, * Daoud AIT-KADI, **Med Anouar JAMALI

    Ingénierie du système de gestion de la maintenance dans un contexte distribué

    Les coûts associés à la maintenance des biens d'une entreprise ne cessent de croitre. Ceci est dû à la complexité des biens à entretenir, aux coûts de la main d'œuvre, des pièces de rechange, des pénalités de retards occasionnés par la fréquence des défaillances aléatoires, aux durées d'inactivité et aux prestations externes.

    La maintenance a toujours été considérée comme centre de coût. La maintenance productive totale (TPM) et le Lean maintenance préconisent des démarches structurées pour réduire les sources de gaspillage. Ceci exigeune cartographie des processus, des outils de modélisation, d’évaluation et d’amélioration des performances de chaque processus.

    Pour la démarche proposée, chaque processus est décomposé en activités. A chaque activité on associe des ressources, des objectifs, une durée, un coût et une méthodologie d’évaluation.

    Le processus de réingénierie de la maintenance repose sur l'évaluation des impacts techniques, économiques, stratégiques, sociaux et environnementaux de chaque activité. À l’issue de cet exercice, le mode de réalisation à l’interne, conjointement ou en totalité par des prestataires externes sera défini.

    Dans cette communication, nous ferons état de la méthodologie proposée et des outils développés.

    * Département Génie mécanique Université Laval G1V 0A6 Québec

    ** R&D ESITH Route d’El Jadida Km8 Maroc

  • Outil d’aide à la décision pour le renouvellement d’une flotte de véhicules
    Daoud Aït-Kadi (Université Laval), Fayez FOUAD BOCTOR (Université Laval), Gloria Villamil (Université Laval)

    Ce document traite du problème de renouvellement d’une flotte hétérogène de véhicules dans le contexte d’une gestion efficace. Une analyse de différents facteurs qui peuvent accélérer ou retarder le renouvellement est effectuée. Par l’intermédiaire d’une analyse documentaire, nous présentons un cadre de référence sur les principaux modèles de sélection de véhicules à changer pour aboutir à une méthode basée sur des critères économiques et environnementaux. Des outils sont
    présentés pour l’établissement d’une politique appropriée qui comprend entre autres, les stratégies pour remplacer les vieux véhicules par des nouveaux. Une partie est consacrée aux coûts et aux besoins de financement du remplacement. En fin, différents concepts reliés au système global de gestion sont présentés, étant donné l’impact de la gestion sur le renouvellement.

Communications par affiches

Session d'affiches

  • Développement de nouvelles approches pour tests ELISA
    Benoît Liberelle (Polytechnique Montréal)

    Les tests ELISA (Enzyme-Linked ImunoSorbent Assay) sont communément utilisés pour détecter et quantifier des protéines dans des solutions complexes. Dans sa version standard dite « en sandwich », des anticorps de capture capables de fixer spécifiquement l’antigène recherché sont adsorbés au fond des puits d’une microplaque. Les plaques sont ensuite bloquées par incubation d’albumine sérique bovine (BSA) avant l’incubation du ligand à détecter et des autres réactifs du test (A). La réalisation d’un test ELISA peut sembler fastidieuse et longue (environ 16 h, incluant l’adsorption de l’anticorps primaire durant une nuit).

    Le présent travail propose différentes alternatives aux tests standard. La première approche consiste à greffer chimiquement une couche de polymère aux propriétés anti-adhésives pour le matériel biologique (Dextran). Cette couche a permis de réduire drastiquement le temps de préparation des tests ELISA grâce à la suppression de l’étape de blocage à la BSA et à l’attache chimique de l’anticorps de capture au fond des puits, réalisée en 15 min (B). La deuxième approche repose sur l’interaction non-covalente, réversible et stable entre deux peptides K et Ecoil. Les plaques recouvertes de Kcoils attachés chimiquement ont démontrés leurs capacités à recruter spécifiquement des ligands étiquetés Ecoil (C). La stabilité et la capacité de régénération des nouvelles constructions ainsi qu’une comparaison avec les tests ELISA standard seront présentés.

  • L'imagerie proche infrarouge : outil de diagnostic et d'analyse de la productivité des sols en agriculture de précision
    Mathieu De Pinel De La Taule (Cégep de Chicoutimi), Samuel MORISSETTE (Collège d'Alma)

    Les parcelles agricoles présentent certaines variabilités intra-parcellaires au niveau de la croissance des plantes qui influence la rendement des cultures. Il est nécessaire dans un premier temps connaître, d'identifier et de localiser cette variabilité (grid-sampling, imagerie aérienne, conductivité de sols,…) pour dans un second temps, en comprendre l’origine et savoir si elle est intrinsèque au sol ou si des opérations peuvent en modifier la fertilité. L'étude présentée ne cherche pas à apporter de réponse sur la cause d'un éventuel dérèglement des sols, mais bien de démonter que l'imagerie aérienne multispectrale permet de localiser les irrégularités de croissance. Pour cela, l'équipe de recherche a calculé la corrélation entre la biomasse aérienne évaluée par l'imagerie multispectrale grâce à l'indice de végétation normalisé (NDVI) et la présence réelle de trèfle sur le terrain (biomasse et chlorophylle). Les résultats obtenus ont permis de répondre de manière très satisfaisante à l'hypothèse de recherche selon laquelle l'imagerie multispectrale serait un bon outil d'analyse et de diagnostic de la productivité du sol. Cette méthodologie d'acquisition de données aériennes pourrait être utilisée dans un contexte concret d'agriculture de précision pour effectuer des suivis multi-date tout au long de la saison afin de pouvoir surveiller l'évolution de la croissance des cultures et pourvoir ainsi, le cas échéant, prendre des dispositions en cours de saison.

  • Optimisation en ligne de la résonance plasmonique de surface
    Massinissa Si Mehand (Polytechnique Montréal)

    Les biocapteurs basés sur la résonance plasmonique de surface (SPR) sont utilisés couramment pour l’étude des interactions entre biomolécules. Les tests SPR consistent à fixer une molécule, le ligand, à la surface d’un biocapteur et à suivre le changement d’indice de réfraction quand le partenaire biologique, l’analyte, est injecté en flux continu sur cette surface. Le changement d’indice de réfraction permet de détecter les interactions ligand/analytes sur la surface du biocapteur. Les utilisateur de la SPR procèdent à plusieurs cycles (5-10) d’injections d’analyte à différentes concentrations, à différents temps d’association et de dissociation. L’analyse des données par un modèle mathématique permet l’identification des paramètres cinétiques avec une confiance convenable. Cependant, il a été démontré que 2 injections correctement choisies permettent l’identification des paramètres avec une confiance adéquate. Pour sélectionner ces injections notre laboratoire a développé un algorithme basé sur l’optimisation sous contraintes et le design expérimental. Ce dernier réduit considérablement le temps d’expérience et la consommation de matériel tout en gardant une confiance satisfaisante. Cet algorithme a été consolidé avec un nouveau mode expérimental qui consiste en l’injection simultanée de deux analytes. L’adaptation de l’algorithme d’optimisation et son application à ce mode opératoire, permet une réduction drastique du temps d’expérience.

  • Positionnement par capteur optique entièrement passif en échographie 3D main libre : une étude de faisabilité
    Farida CHERIET (École Polytechnique de Montréal), Hacène Chebrek (ÉTS - École de technologie supérieure), Catherine LAPORTE (ÉTS - École de technologie supérieure)

    L'échographie est une technique d'imagerie médicale qui, parce qu'elle est non invasive, portative et abordable, est de plus en plus utilisée. Cette communication porte sur l'échographie 3D main libre, qui permet d'acquérir des données 3D par le balayage manuel d'un organe à l'aide d'une sonde 2D conventionnelle.

    La reconstruction 3D d'une séquence d'échographie main libre requiert la connaissance des positions et orientations des images 2D. Ces données sont obtenues via un capteur de position attaché à la sonde. Ce projet vise à valider l'utilisation, encore rare, d'un capteur optique entièrement passif pour l'échographie 3D main libre. Le capteur choisi est abordable et précis tout en étant peu encombrant. À l'aide d'une caméra stéréo, ce capteur mesure la position et l'orientation d'un marqueur fixé sur la sonde.

    Pour permettre la reconstruction 3D, un calibrage du système est réalisé avec des algorithmes puisés dans la littérature. Ce calibrage vise à synchroniser les deux sources de données (calibrage temporel) et à estimer la géométrie liant le marqueur au repère de la sonde (calibrage spatial). La reproductibilité du calibrage temporel, évaluée sur des données synthétiques et réelles, est satisfaisante. Des essais préliminaires sur des données synthétiques donnent des résultats encourageants pour le calibrage spatial, suggérant que le capteur optique passif est une technologie prometteuse pour l'échographie 3D main libre.

  • Estimation volumétrique des gravières par corrélation tridimensionnelle
    Patrice FRADETTE (Le Groupe Nippour), Micael Perron (Cégep de Chicoutimi)

    Depuis le 1er janvier 2009, les organisations municipales sont dans l’obligation d’imposer aux exploitants de carrières et de sablières une taxe sur l'extraction de matériaux. Les exploitants doivent fournir à la municipalité des rapports indiquant les quantités extraites sur chaque site. Les organisations municipales doivent, de leur côté, se doter d'un mécanisme de contrôle et de validation des informations transmises par les exploitants. Dans le cadre d'un projet PART, le CGQ, en collaboration avec deux autres CCTT et une entreprise privée, a développé un système d'évaluation volumétrique par corrélation tridimensionnel à partir d'images aériennes. Le procédé comprend l'adaptation et la configuration d'un système de caméra, les méthodologies d'acquisition des images et les relevés terrains et la validation des résultats par post-traitement tridimensionnel. Les résultats obtenus par cette méthode ont été comparés à des relevés conventionnels sur le terrain avec des appareils de haute précision (RTK et Trimble VX) et il s'est avéré que le procédé mis en place par le CGQ permet d'estimer un volume extrait avec une marge extrêmement faible. L'avantage de ce procédé est donc que pour un résultat très proche de ceux obtenus par les méthodes conventionnelles, le coût et le temps d'acquisition de la donnée ainsi le temps de traitement s'en trouve considérablement réduit.