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Approches ADER-DG pour l’advection-diffusion non linéaire : application aux équations de Navier-Stokes incompressibles
No full textMany applications, such as incompressible multiphase fluid flows or heat conduction in non-homogeneous materials, are characterized by physical parameters that vary signi- ficantly across internal interfaces. In conventional approaches, these internal boundaries are handled using fitted meshes. These methods are accurate and can lead to schemes that allow for a simple discretization of interface conditions. However, generating and manipulating such a fitted mesh can be costly and time-consuming, especially when the geometry of the interface changes over time. In addition, calculating the solution on a parallel architecture generally requires partitioning the unknowns on the mesh according to time, which leads to additional computational costs. An alternative consists in developing new schemes based on a discretization of the solution on non-conforming hierarchical meshes, such as quadtrees or octrees. The hierarchical nature of the grid makes its generation and adaptation very efficient, while also facilitating parallelization and controlling memory footprint. Furthermore, local accuracy is achieved through the adaptability of the grid in regions of interest. During the doctoral work of Alice Raeli, Claire Taymans, and Antoine Fondanèche, finite difference and finite volume schemes on quadtrees and octrees were developed for problems involving heat conduction, fluid flows and fluid-structure interaction. These approaches proved to be reliable and effective, but the gain in order of accuracy and parallel efficiency was limited by the need to reconstruct the solution using polynomials on a larger stencil. More recently, Michele Giuliano Carlino’s doctoral thesis extended an ADER approach from conforming grids to chimera meshes. This prediction-correction approach allows for higher-order discretization thanks to a polynomial structure of the solution in the prediction phase, while the correction ensures stability and recombines information between cells through flows at their interfaces. However, the resolution on a chimera mesh led to a loss of accuracy at the interfaces in the overlapping areas between the two meshes. In this context, this thesis work consisted in constructing a discontinuous Galerkin scheme allowing a polynomial representation of the solution to an arbitrary high degree, combined with an ADER approach for the time evolution. The study of penalization and relaxation approaches, tested at different orders of precision and for various simulation parameters, made it possible to establish the best performance compromise for the ADER-DG scheme. The numerical results obtained on the nonlinear advection-diffusion problemwere extended to the simulation of incompressible flows by solving the Navier-Stokes equations. Ultimately, this doctoral work contributes to two objectives. On the one hand, it should enable the extension of the developed compact schemes to quadtrees, ensuring both efficient parallelization and maintained accuracy at mesh refinement level jumps. On the other hand, it should facilitate the adaptation to chimera meshes between a background quadtree grid and a fine, possibly anisotropic mesh adapted to internal geometries. The combination of these tools aims to enable realistic, accurate, and efficient simulations of boundary layer phenomena such as flows around aircraft wings or wind turbine blades.De nombreuses applications, comme par exemple les écoulements de fluides multiphasiques incompressibles ou la conduction thermique dans des matériaux non homogènes, sont caractérisées par des paramètres physiques variant fortement à travers des interfaces internes. Dans les approches classiques, ces frontières intérieures sont traitées en utilisant des maillages ajustés. Ces méthodes sont précises et peuvent conduire à des schémas permettant une discrétisation simple des conditions d’interfaces. Cependant, la génération et la manipulation d’un tel maillage adapté peuvent être coûteuses et fastidieuses, en particulier lorsque la géométrie de l’interface évolue dans le temps. De plus, le calcul de la solution sur une architecture parallèle nécessite généralement un partitionnement des inconnues sur le maillage en fonction du temps, ce qui induit des coûts de calcul supplémentaires. Une alternative consiste à développer de nouveaux schémas s’appuyant sur une discrétisation de la solution sur des maillages hiérarchiques non conformes, de type quadtrees ou octrees. La nature hiérarchique de la grille rend sa génération et son adaptation très efficaces, offrant par ailleurs une parallélisation facilitée ainsi qu’une empreinte mémoire maîtrisée. De plus, la précision locale est obtenue grâce à l’adaptabilité de la grille dans les régions d’intérêt. Pendant les travaux de doctorat d’Alice Raeli, Claire Taymans et Antoine Fondanèche, des schémas aux différences finies et volumes finis sur quadtrees et octrees ont été développés pour des problèmes de conduction de chaleur, d’écoulements fluides et d’interaction fluide-structure. Ces approches se sont avérées fiables et effcaces, mais le gain en ordre de précision et l’efficacité en parallèle étaient limités par la nécessité de reconstruire la solution par polynômes sur un stencil plus large. Plus récemment, la thèse de doctorat de Michele Giuliano Carlino a étendu une approche ADER sur des grilles conformes à des maillages chimères. Cette approche de type prédiction-correction permet une discrétisation d’ordre supérieur grâce à une structure polynômiale de la solution en phase de prédiction, tandis que la correction assure la stabilité et recombine l’information entre mailles via des flux à leurs interfaces. Toutefois, la résolution sur maillage chimère a induit une perte de précision aux interfaces dans les zones de recouvrement entre les deux maillages. Dans ce contexte, le présent travail de thèse a consisté à construire un schéma de Galerkin discontinu permettant une représentation polynômiale de la solution à un degré arbitrairement élevé, combiné à une approche ADER pour l’évolution temporelle. L’étude d’approches par pénalisation et relaxation, éprouvées à différents ordres de précision et pour divers paramètres de simulation, a permis d’établir le meilleur compromis de performances du schéma ADER-DG. Les résultats numériques obtenus sur le problème d’advection-diffusion non linéaire ont pu être étendus à la simulation d’écoulements incompressibles via la résolution des équations de Navier-Stokes. À terme, ce travail de doctorat concourt à deux objectifs. D’une part, il devra permettre l’extension des schémas compacts développés aux quadtrees en garantissant aussi bien une parallélisation efficace qu’un maintien de la précision aux sauts de niveau de raffinement du maillage. D’autre part, il devra faciliter l’adaptation à des maillages chimères entre une grille quadtree de fond et un maillage fin éventuellement anisotrope adapté à des géométries internes. L’association de ces outils vise à permettre des simulations réalistes, précises et efficaces, de phénomènes de couches limites comme les écoulements autour d’ailes d’avion ou de pales d’éoliennes
Étude des processus cognitifs dans l’évaluation esthétique des textures explorées de manière visuelle et haptique
No full textExplored visually and haptically. It investigates the role of cognitive factors such as mental imagery, working memory, and processing fluency, as well as the impact of individual differences, including personality traits and attitudes in the tactile domain. Across five experimental chapters, a series of studies utilizes familiar materials (e.g., velvet, denim) and unfamiliar micro-textured surfaces. The first chapter focuses on individual factors and reveals that mental imagery ability and Openness to experience play a key role in the evaluation of visual textures (Experiments 1 and 2). This finding is reinforced by a second study conducted with aphantasic individuals (Experiment 3). Chapter 2 explores the role of working memory (WM) in the aesthetic judgments of artistic images and textures explored visually or haptically (Experiments 4, 5 and 6). The results show that a WM load increases the evaluation time for both liking and beauty judgments, but only beauty judgments become more positive. This occurs regardless of the nature of the stimuli and the type of exploration, suggesting that both components of aesthetic judgment engage WM but are differently impacted by a WM load. Chapter 3 examines the effect of perceptual fluency on the components of aesthetic judgment (Experiments 7, 8, 9, 10 and 11). The results indicate that fluency affects beauty judgments but not liking judgments for textures explored visually as well as by touch without vision. Chapter 4 continues investigating the effects of perceptual fluency (Experiment 12) and conceptual fluency (Experiment 13) and confirms the impact of processing fluency on aesthetic evaluations. However, while the replication of these effects (Experiments 14a and 14b) provides some robustness, the addition of electrodermal activity measures suggests that fluency effects do not induce physiological variations concomitant with behavioral effects. Finally, Chapter 5 takes a different approach by shifting from the use of familiar textures to unfamiliar micro-textured surfaces (Experiment 15). Following a categorization task of these surfaces, this final study examines the role of familiarity and prototypicality and suggests a stronger influence of familiarity than prototypicality on the aesthetic evaluation of this type of texture. The findings of this thesis contribute to a better understanding of aesthetic judgments in the tactile domain and have important implications for fields such as marketing, design, and ergonomics.Cette thèse explore les processus cognitifs qui sous-tendent l’évaluation esthétique de textures explorées de manière visuelle et haptique. Elle questionne le rôle de facteurs cognitifs tels que l’imagerie mentale, la mémoire de travail et la fluence de traitement, ainsi que l’impact de différences individuelles, comme les traits de personnalité et les attitudes dans le domaine tactile. À travers cinq chapitres expérimentaux, une série d’études mobilise des matériaux familiers (e.g., velours, jean) et des surfaces non-familières microtexturées. Le premier chapitre s’intéresse aux facteurs individuels et révèle que la capacité d’imagerie mentale et l’Ouverture à l’expérience jouent un rôle clé dans l’évaluation des textures visuelles (Expériences 1 et 2). Ce résultat est renforcé par une seconde étude auprès d’individus aphantasiques (Expérience 3). Le chapitre 2 explore le rôle de la mémoire de travail (WM) dans les jugements esthétiques d’images artistiques et de textures explorées visuellement ou haptiquement (Expériences 4, 5 et 6). Les résultats montrent qu‘une charge en WM augmente le temps des évaluations de types liking et beauty, mais que seul le jugement de type beauty devient plus positif, et ce quels que soient la nature des stimuli et le type d’exploration, indiquant que les deuxcomposantes du jugement esthétique sollicitent la WM mais qu’une charge en WM les impacte différemment. Le chapitre 3 examine l’effet de la fluence perceptuelle sur les composantes du jugement esthétique (Expériences 7, 8, 9, 10 et 11). Les résultats indiquent que la fluence affecte les jugements de type beauty mais pas ceux de de type liking des textures explorées visuellement, ainsi que par le toucher sans voir. Le chapitre 4 poursuit l’investigation des effets de fluence perceptuelle (Expérience 12) et conceptuelle (Expérience 13) et confirme l’effet de la fluence de traitement sur les évaluations esthétiques. Toutefois, si la réplication de ces effets (Expériences 14a et 14b) leur confère une certaine robustesse, l’ajout de mesures de l’activité électrodermale suggère que les effets de fluence n’induisent pas de variations physiologiques concomitantes des effets comportementaux. Enfin, le chapitre 5 adopte une approche différente en rompant avec l’utilisation de textures familières au profit de surfaces microtexturées non-familières (Expérience 15).Après une tâche de catégorisation de ces surfaces, cette dernière étude questionne le rôle du sentiment de familiarité et de prototypie, et suggère une influence plus importante de la familiarité que de la prototypie sur l’évaluation esthétique de ce type de texture. Les résultats observés dans le cadre de cette thèse contribuent à une meilleure compréhension des jugements esthétiques dans le domaine tactile et ont des implications importantes au sein de domaines tels que le marketing, le design et l’ergonomie
Empreintes sociétales et performances mécaniques dans les alliages multi-élémentaires
No full textIn the current context of ecological transition, driven by the concerns regarding pollution, global warming and consumption of critical resources among others, there is an urgent need to shift towards greener sources of energy and materials. The critical role of metals in the ecological transition is increasingly evident. Over the current decade, the demand for lithium, nickel, and other strategic metals is expected to increase drastically. This surge in demand introduces new environmental, economic, and societal challenges. In various industrial sectors, medium-entropy alloys (MEAs) and high-entropy alloys (HEAs), composed of multiple metals in approximately equal proportions, present promising alternatives. Some HEAs are notable for their excellent mechanical properties, which remain stable despite compositional changes. Hence, those alloys offer a potential pathway to mitigate the reliance on critical materials. Among the most robust HEAs are the Cantor alloy (CoCrFeMnNi) and the ternary CrCoNi. These specific HEAs exhibit great resistance to wear and corrosion, as well as excellent mechanical properties such as high strength, ductility. The later properties are further improved at cryogenic temperatures. Among other potential industrial applications of HEAs, the storage and transportation of hydrogen highlights the importance of these materials in supporting the shift towards hydrogen as a greener energy source in the ecological transition. However, the use of cobalt in many HEAs raises concerns due to its environmental, economic and social impacts. This works aims to develop new MEAs focused on sustainability while maintaining their mechanical performance. In this this thesis, we investigate new HEA compositions around the CrCoNi base with significantly reduced content of cobalt. Alongside the addition of other specific elements (C, N, W) from previous publications, we demonstrate here that the addition of silicon to our new compositions reduces drastically the sustainable impact of our materials while maintaining outstanding mechanical performance. For this work, we have implemented a three-steps method for developing new HEA compositions. The first two layers involve a rapid screening of numerous potential compositions, followed by a more detailed evaluation and development of the most promising ones identified in the previous stages. We developed a rapid alloying process to enable fast and multiscale prediction, manufacturing, microstructural, and mechanical characterization of a wide range of HEAs. We call this process “Fast Alloying” (FA). It is very powerful to explore a wide range of new HEA compositions efficiently while minimising resource consumption. This fast method involves the use of prediction models, correlation models with machine learning (ML), simultaneous manufacturing of multiple alloy compositions (up to 30 per day) via arc furnace, simultaneous thermal treatments, and rapid microstructural characterization techniques. These techniques include X-ray diffraction (XRD) for phase analysis and stacking fault energy (SFE) measurement, scanning electron microscopy (SEM) imaging, energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS) analysis, and electron backscatter diffraction (EBSD) analysis. Additionally, rapid mechanical testing is performed via plastometry and compression. The more advanced method involves manufacturing of 4 compositions by arc furnace, thermomechanical treatments (homogenisation, cold rolling and annealing), microstructural analysis (XRD, GDOES, EDS, EBSD) and mechanical testing (hardness, plastometry, tensile tests at room and cryogenic temperatures). Our findings underscore the potential for sustainable development of HEAs by reducing reliance on critical elements like cobalt and optimizing alloy compositions through rapid then advanced manufacturing techniques. The use of tough and more sustainable alloys for hydrogen storage would thus have a double positive impact on the environment.Dans le contexte actuel de transition écologique, motivé par les préoccupations liées à la pollution, au réchauffement climatique et à la consommation des ressources non renouvelables, il est urgent de se tourner vers des sources d'énergie et des matériaux plus verts. Les métaux ont un rôle centrale dans cette transition écologique. Au cours des prochaines décennies, la demande en lithium, nickel et autres métaux stratégiques devrait augmenter de manière drastique. Les alliages à entropie moyenne (MEA) et à haute entropie (HEA), composés de plusieurs métaux en proportions approximativement égales, représentent des alternatives prometteuses aux alliages conventionnels. Certains HEA se distinguent par leurs excellentes propriétés mécaniques, résistance à la corrosion et stabilité des propriétés malgré les variations de composition, ouvrant une voie pour réduire la dépendance aux matériaux critiques. Parmi les HEA offrant une excellente performance en tenacité figurent l'alliage de Cantor (CoCrFeMnNi) et le ternaire CrCoNi, avec une améliorations des propriétés mécaniques à températures cryogéniques. Parmi les applications industrielles potentielles des HEA, le stockage et le transport de l'hydrogène offrent un support pour l'adoption de l'hydrogène comme source d'énergie plus verte dans la transition écologique. Cependant, l'utilisation du cobalt dans de nombreux HEA suscite des préoccupations en terme d'impacts environnementaux, économiques et sociaux. Ce travail vise à développer de nouveaux MEA axés sur la durabilité tout en maintenant leurs performances mécaniques. Nous étudions de nouvelles compositions autour de la base CrCoNi avec faible teneur en cobalt. Nous démontrons que l'ajout de silicium à nos nouvelles compositions réduit drastiquement l'impact durable de nos matériaux tout en maintenant des performances mécaniques exceptionnelles. Une méthodologie pour développer de nouvelles compositions de HEA a été développée. Nous avons développé un processus d'alliage rapide permettant une prédiction, une fabrication, une caractérisation microstructurale et mécanique à grande échelle et rapide d'un large éventail de HEA. Nous appelons ce processus « Fast Alloying » (FA). Cette méthode comprend l'utilisation de modèles de prédiction, suivie par fabrication de multiples compositions d'alliages (jusqu'à 30 par jour) par four à arc, traitements thermiques et techniques de caractérisation microstructurale (diffraction à rayons X, analyses chimiques et microscopie électronique à balayage). De plus, des essais mécaniques rapides en dureté et en compression sont effectués. Une méthode plus avancée implique la fabrication de quatre compositions prometteuses par four à arc, des traitements thermomécaniques (homogénéisation, laminage à froid et recuit), une analyse microstructurale (XRD, GDOES, EDS, EBSD) et des essais mécaniques (dureté, plastométrie, essais de traction à température ambiante et cryogénique). Nos résultats démontre la possibilité de déveloper des alliages performants et durables, en réduisant la dépendance aux éléments critiques tels que le cobalt et en optimisant les compositions des alliages grâce aux modèles de prédictions
Modélisation mathématique et analyse de l’intervention « suivi des contacts » pour évaluer son impact sur le contrôle des épidémies
No full textWe investigate the impact of contact tracing on the spread of transmissible diseases using compartmental models based on difference and differential equations. For epidemics with coincident latency and incubation, we explicitly formulate the effective reproduction number Re of an already developed ODE model with few adjustments, then study the effectiveness of contact tracing under different control scenarios. We fit the model and Re to data of the Ebola disease in Sierra Leone and Guinea, then provide an optimal control study to determine the best implementation along with related interventions.For epidemics with short latency, we propose an approach to model the contact tracing in a discrete-time epidemic model structured by disease-age. The model is fitted to data of COVID-19 during its early emergence in South Korea, Brazil, and Venezuela. Using the calibrated values of the parameters, we estimate both R0, the basic reproduction number, and Re. The relative change in the overall reproduction number caused by contact tracing show the same observed order pattern in performance intensity of the intervention within the three countries.Nous étudions l'impact du suivi des contacts sur la propagation des maladies transmissibles à l'aide de modèles compartimentaux basés sur des équations aux différences ou différentielles ordinaires. Pour les épidémies avec des périodes de latence et d'incubation coïncidentes, nous formulons explicitement le taux de reproduction effectif Re à partir d'un modèle d'équations différentielles ordinaires préexistant, mais ajusté. Ensuite, nous analysons l'efficacité du suivi des contacts sous différents scénarios de contrôle. Le modèle et le taux Re sont calibrés à partir de données sur le virus Ebola en Sierra Leone et en Guinée, suivis d'une étude de contrôle optimal pour déterminer la meilleure mise en œuvre avec d'autres interventions complémentaires.Pour des épidémies à courte latence (différente de l'incubation), nous proposons une approche qui modélise le suivi des contacts en utilisant un modèle épidémique discret structuré par âge d'infection. Le modèle est calibré selon les données du COVID-19 durant le stade d'émergence en Corée du Sud, au Brésil et au Venezuela. À l'aide des valeurs calibrées des paramètres, nous estimons les deux taux R0, le taux de reproduction de base, et Re. La variation relative du taux de reproduction d'infection induite par le suivi des contacts reflète le même ordre d'intensité d'utilisation observé dans les trois pays durant la période d'étude
Effet de la chimie locale sur la modélisation thermodynamique des alliages multicomposants pour le stockage de l'hydrogène
No full textIn this work, a new thermodynamic model for pressure-composition-temperature diagram (PCT) calculations of multicomponent alloys for hydrogen storage was developed and evaluated. The objective of this new model is to evaluate the local chemical effect, that is, the interaction between hydrogen and the first neighbors of the interstitial sites, in the PCT diagrams. Initially, a site blocking model based on the Johnson-Mehl-Avrami (JMAK) equation was proposed to quantify the configurational entropy, taking into account the interstitial sites blocked due to the prior occupation of a nearby neighbor site by hydrogen. The model effectively calculates the fractions of blocked sites, avoiding blocking overlaps that can occur in the studied structures, allowing the accurate determination of partial molar entropy, which showed good agreement with experimental data. A Discrete Site Energy model (DSE) was proposed and implemented in open source code to calculate the thermodynamic properties for metal-hydrogen systems under para-equilibrium conditions. The model considers the different local chemical environments at the interstitial sites of crystalline structures. The model then calculates the Gibbs free energy as a function of the distribution of occupation of the different interstitial sites present in the alloys, which can be determined by minimizing the Gibbs free energy as a function of the fraction of interstitial occupied sites. This model was developed for two classes of multicomponent alloys important for hydrogen storage, alloys with a body-centered cubic (BCC) structure and alloys with a C14-type Laves phase structure. For BCC structures, a validation process was performed using a set of alloys from the TiVNbCr-system, where the calculated results observed describe the plateau pressure well. The DSE model was subsequently applied to C14 Laves phases, where interstitial sites are described by seven distinct Wyckoff positions that introduce cross-blocking effects and distinct local chemical environments depending on the Wyckoff position. After optimizing the metal-hydrogen interaction energies, the model showed good agreement with the experimental results for five C14 alloys. In addition, it was possible to observe the sensitivity of the model to minor energy deviations, attributed to the logarithmic relationship between pressure and the chemical potential of H. These models provide a computationally efficient framework for screening alloy compositions, thereby reducing experimental costs in the design of hydrogen storage materials. The JMAK approaches to site blocking effect and DSE demonstrate versatility across crystal structures, offering critical insights into site-blocking dynamics and phase equilibrium for H storage systems.Dans ce travail, un nouveau modèle thermodynamique pour les calculs du diagramme pression-composition-température (PCT) des alliages multicomposants destinés au stockage de l'hydrogène a été développé et évalué. L'objectif de ce nouveau modèle est d'évaluer l'effet chimique local, c'est-à-dire l'interaction entre l'hydrogène et les premiers voisins des sites interstitiels, dans les diagrammes PCT. Dans un premier temps, un modèle de blocage des sites basé sur l'équation de Johnson-Mehl-Avrami (JMAK) a été proposé pour quantifier l'entropie configurationnelle en tenant compte des sites interstitiels bloqués en raison de l'occupation préalable d'un site voisin proche par l'hydrogène. Le modèle calcule efficacement les fractions de sites bloqués, en évitant les chevauchements de blocage qui peuvent se produire dans les structures étudiées, ce qui permet de déterminer avec précision l'entropie molaire partielle, qui s'est avérée en bonne concordance avec les données expérimentales. Un modèle d'énergie de site (DSE) a été proposé et implémenté dans un code open source pour calculer les propriétés thermodynamiques des systèmes métal-hydrogène dans des conditions de quasi-équilibre. Le modèle prend en compte les différents environnements chimiques locaux dans les sites interstitiels des structures cristallines. Ensuite, le modèle calcule l'énergie libre de Gibbs en fonction de la distribution de l'occupation des différents sites interstitiels présents dans les alliages, qui peut être déterminée en minimisant l'énergie libre de Gibbs en fonction des fractions d'occupation des interstices. Ce modèle a été développé pour deux classes d'alliages multicomposants importants pour le stockage de l'hydrogène, les alliages à structure cubique centrée (CC) et ceux présentant une phase de Laves de type C14. Pour les structures CC, un processus de validation a été réalisé à l'aide d'un ensemble d'alliages du système TiVNbCr, où les résultats calculés décrivent bien la pression de plateau. Le modèle DSE a ensuite été appliqué aux phases de Laves C14, où les sites interstitiels sont décrits par sept positions de Wyckoff distinctes qui introduisent des effets de blocage croisé et des environnements chimiques locaux distincts qui dépendent de la position de Wyckoff. Après optimisation des énergies d'interaction métal-hydrogène, le modèle a montré une correspondance étroite avec les résultats expérimentaux pour cinq alliages C14. De plus, il a été possible d'observer la sensibilité du modèle à de petites fluctuations d'énergie, attribuées à la relation logarithmique entre la pression et le potentiel chimique de l'hydrogène. C'est modèle fournissent un cadre pour une útile informatique efficace pour le criblage des compositions d'alliages, réduisant ainsi les coûts expérimentaux dans la conception de matériaux pour le stockage de l’hydrogène. Les approches JMAK avec blocage de sites, ainsi que les modèles DSE, font preuve d’une grande polyvalence vis-à-vis des différentes structures cristallines, offrant des informations cruciales sur la dynamique des blocages de sites et l'équilibre des phases pour les systèmes de stockage d'hydrogène
Évolution génétique de l'hémagglutinine des virus influenza A
No full textInfluenza viruses pose a threat to both animal and human health due to their high genetic variability and zoonotic potential. In birds, H5 and H7 subtypes can evolve into highly pathogenic forms capable of systemic replication. This evolution is characterized by the acquisition of a multibasic cleavage site (MBCS) in hemagglutinin (HA). The genetic mechanisms underlying this evolutionary process, as well as the observation that certain HA sequences may have an increased risk of acquiring such insertions, remain poorly understood.By combining experimental evolution and modeling approaches, we show that the thermodynamic stability of the product–template dimer encoding the HA cleavage site sequence is the main driver of nucleotide insertions in H5 and some H7 viruses. Specifically, certain sequences promote dissociation of the product–template dimer and its upstream reassociation, allowing the viral polymerase to backtrack and duplicate nucleotide segments.We developed a mathematical model based on the thermodynamic stability of the product–template dimer that accurately predicts the risk of MBCS acquisition through insertions. Using this predictive tool, we identified H5 and H7 sequences with an increased probability of acquiring insertions in the HA cleavage site, thus providing a sequence-based risk assessment strategy for early warning and targeted control measures.Finally, we investigated the role of recombination in the evolution of H5 viruses and concluded that this mechanism can occur in these viruses, even though, in our observations, it did not directly lead to the acquisition of a functional MBCS. Our results indicate that such recombination events systematically arise during cRNA synthesis, revealing a key step in the genomic plasticity of influenza viruses.Les virus influenza représentent une menace pour la santé animale et humaine en raison de leur forte variabilité génétique et de leur potentiel zoonotique. Chez les oiseaux, les virus des sous-types H5 et H7 peuvent évoluer vers des formes hautement pathogènes, capables de se répliquer de manière systémique. Cette évolution se caractérise par l’acquisition d’un site de clivage multibasique (MBCS) dans l’hémagglutinine (HA). Le mécanisme génétique sous-jacent à ce processus évolutif, ainsi que le fait que certaines séquences de HA puissent présenter un risque accru d’acquérir de telles insertions, demeurent encore mal compris.En combinant des approches d’évolution expérimentale et de modélisation, nous montrons que la stabilité thermodynamique du dimère produit-matrice codant pour la séquence du site de clivage HA est le principal moteur des insertions de nucléotides chez les virus H5 et certains virus H7. En effet, certaines séquences favorisent la dissociation du dimère produit-matrice et la réassociation en amont, permettant à la polymérase virale de reculer et de dupliquer des segments nucléotidiques.Nous avons développé un modèle mathématique basé sur la stabilité thermodynamique du dimère produit-matrice qui prédit avec précision le risque d’acquisition d’un MBCS via des insertions. Grâce à cet outil prédictif, nous avons identifié des séquences H5 et H7 présentant une probabilité accrue d’acquérir des insertions dans le site de clivage HA, proposant ainsi cette évaluation du risque basée sur la séquence comme stratégie de préalerte et de contrôle ciblé.Enfin, nous avons étudié le rôle de la recombinaison dans l’évolution des virus H5 et conclu que ce mécanisme est possible chez les virus H5, même si, dans nos observations, les recombinaisons n'ont pas directement conduit à l’acquisition d’un MBCS fonctionnel. Nos résultats indiquent que ces événements de recombinaison se produisent systématiquement lors de la synthèse du cRNA, révélant une étape clé de la plasticité génomique des virus influenza
Vers un jumeau numérique sismique multi-échelles en milieu géologique complexe : approche par méta modélisation via l’apprentissage machine et quantification des incertitudes.
No full textA digital twin (DT) is a dynamic digital replica of a physical system, enabling simulation and prediction in near real-time. In seismic engineering, DTs aim to model the response of critical infrastructures (e.g., dams, nuclear plants) under earthquake loading by combining observational data, physical models, and data-driven algorithms. This thesis focuses on developing a DT for an earth dam, built on a high-fidelity numerical model that solves the Navier (wave) equation using the spectral element method (SEM). This model accurately captures the effects of seismic waves but is computationally expensive, particularly when accounting for uncertainties in geophysical parameters (e.g., shear wave velocities, layer thicknesses).To overcome these limitations, a metamodeling strategy based on machine learning (ML) was developed. Unlike classical surrogate models (e.g., polynomial chaos, kriging), this work explores the use of deep neural networks (DNNs), convolutional neural networks (CNNs), and random forests (RFs), which are rarely applied in high-dimensional seismic simulations of dams. These ML models are trained to predict the dam’s dynamic response (time histories and spectral content) from uncertain geophysical inputs. Once trained, they offer instantaneous predictions, enabling tasks like uncertainty propagation and global sensitivity analysis, previously infeasible due to high computational costs. The approach is validated on a case study in Guadeloupe, using the Dorel model for regional velocities. Predictions from the metamodels are compared to SEM outputs, and bootstrap-based validation shows low error variability. CNNs perform well for Fourier amplitude spectra, though time-domain and complex spectral components remain more challenging.By identifying the most influential parameters via Sobol indices, the method enhances physical understanding while drastically reducing computational time. This DT framework thus provides a powerful tool for efficient seismic risk analysis, balancing realism and speed.Un jumeau numérique (digital twin, DT) est une réplique numérique dynamique d’un système physique réel, permettant la simulation et la prédiction de son comportement en quasi temps réel. En génie sismique, il vise à modéliser la réponse dynamique d’infrastructures critiques (barrages, centrales nucléaires, ponts) soumises à des sollicitations sismiques, en s’appuyant sur l’intégration de données d’observation, de modèles physiques et d’algorithmes prédictifs. Cette thèse développe un jumeau numérique pour un barrage en terre, fondé sur un modèle physique à haute fidélité résolvant l’équation de Navier (équation des ondes) par la méthode des éléments spectraux (SEM). Ce modèle permet de simuler avec précision les effets des ondes sismiques, mais son coût de calcul devient prohibitif lorsqu’on souhaite explorer les incertitudes géophysiques (vitesses d’ondes, géométrie des couches, etc.). Afin de concilier précision et efficacité, une stratégie de métamodélisation basée sur l’apprentissage automatique (machine learning) a été développée. Contrairement aux approches classiques (chaos polynomial généralisé, krigeage), ce travail explore l’utilisation de réseaux de neurones profonds (DNN), de réseaux de neurones convolutionnels (CNN) et de forêts aléatoires (RF), rarement appliqués dans le contexte sismique à haute fidélité pour des espaces d’incertitude de grande dimension. Les modèles d’apprentissage sont entraînés à associer les paramètres d’entrée géophysiques à la réponse dynamique du barrage, exprimée à la fois dans le domaine temporel (historiques de déplacement ou de vitesse) et dans le domaine fréquentiel (amplitude, partie réelle et imaginaire du spectre). Une fois entraînés, ces métamodèles permettent des prédictions quasi instantanées, rendant possible des analyses auparavant inaccessibles, telles que la propagation d’incertitudes ou l’analyse de sensibilité globale. L’approche est appliquée à un cas d’étude réel en Guadeloupe, basé sur le modèle de vitesse Dorel. Les prédictions sont confrontées aux résultats du modèle SEM de référence, avec une validation robuste via la méthode Bootstrap, qui révèle une faible variabilité des erreurs. Les CNN offrent de très bonnes performances pour la prédiction des amplitudes spectrales, bien que la reproduction des signaux temporels ou des parties complexes du spectre reste plus difficile. Enfin, le calcul des indices de Sobol permet d’identifier les paramètres les plus influents sur la réponse sismique, améliorant ainsi la compréhension physique du système étudié. Ce cadre méthodologique basé sur la métamodélisation et l’analyse de sensibilité, intégré dans un jumeau numérique, constitue une avancée significative. Il permet une exploration rapide et rigoureuse des incertitudes sismiques à un coût numérique très réduit, tout en conservant un niveau de précision acceptable pour la prise de décision
Vers une automatisation adaptative et pratique de l’administration des SGBD: Retours d’expérience, optimisation dynamique des ressources et réglage léger
No full textDatabase Management Systems (DBMSs) are crucial for efficient data management and access control, but due to the complexity of DBMSs, their administration remains challenging for Database Administrators. This thesis investigates DBMS administration automation through three complementary contributions for better adaptability and realworld applicability.First, we introduce a qualitative study of Database Administrator (DBA) workflows that surfaces persistent issues: resource over-allocation, sub-optimal tuning routines, and limited uptake of automation tools. From these findings, we concentrate on two pressing pain points: the need for more practical DBMS auto-tuning and excessive memory provisioning.Building on this, we propose DOT, a lightweight knob selection and optimization framework. DOT combines recursive feature elimination with cross-validation and Bayesian optimization to quickly identify the most impactful configuration knobs. By narrowing the search space without lengthy warm-up phases, DOT enables more efficient and costeffective DBMS tuning compared to traditional auto-tuners.To address inefficient memory use, we introduce MicroTune, an adaptive reinforcement learning driven buffer manager that continuously adjusts memory allocation in real time. By rightsizing buffers to match workload demands, MicroTune cuts waste and meets SLA requirements, showcasing a hands-on approach to resource optimization in production.Les systèmes de gestion de bases de données sont essentiels pour une gestion efficace des données et un contrôle des accès. Toutefois, en raison de leur complexité, leur administration demeure une tâche difficile pour les administrateurs de bases de données. Cette thèse s’intéresse à l’automatisation de l’administration des SGBD à travers trois contributions complémentaires, visant une meilleure adaptabilité et une applicabilité concrète. Tout d’abord, nous présentons une étude qualitative des pratiques des administrateurs de bases de données, qui met en évidence un ensemble de difficultés : sur-allocation de ressources, procédures de réglage sous-optimales et faible adoption des outils d’automatisation existants. À partir de ces constats, nous nous concentrons sur deux problèmes majeurs : la sur-provision de mémoire et le besoin d’outils d’auto-tuning des SGBD plus pratiques. Dans cette optique, nous proposons DOT, un cadre léger de sélection et d’optimisation des paramètres de configuration. DOT combine l’élimination récursive de variables avec validation croisée et l’optimisation bayésienne afin d’identifier rapidement les paramètres les plus influents. En réduisant l’espace de recherche sans nécessiter de longues phases de mise en chauffe, DOT permet un réglage des bases de données plus efficace et économique que les autotuners traditionnels. Nous présentons ensuite MicroTune, un gestionnaire adaptatif de mémoire tampon piloté par apprentissage par renforcement, qui ajuste en continu l’allocation mémoire en fonction de la charge. En adaptant dynamiquement la taille des tampons aux besoins de la charge de travail, MicroTune réduit le gaspillage tout en respectant les contraintes de SLA, offrant ainsi une solution concrète d’optimisation des ressources en production. En combinant des enseignements issus de la pratique avec des outils adaptatifs conçus sur mesure, cette thèse propose des avancées plus adaptatives et pragmatiques pour l’automatisation de l’administration des SGBD
Étude de la fission avec PISTA et VAMOS par transfert multi-nucléons en cinématique inverse
No full textMore than eighty-five years after its discovery, a complete description of the fission process remains a challenge. Progress in this field requires new experimental data on exotic fissioning systems that cannot be accessed through direct neutron-induced reactions, but are essential for advancing our understanding of the fission mechanism, as well as for applications in astrophysics and reactor modeling. The use of surrogate reactions in inverse kinematics allows both the study of exotic fissioning systems and the isotopic identification of fission fragments. However, the characterization of the fissioning system in terms of isotopic content (A, Z) and the precise determination of its excitation energy is of paramount importance, though very challenging. In this thesis, the fission process was investigated at GANIL using a newly developed target-like residue detection system, PISTA (Particle Identification Silicon Telescope Array), coupled to the VAMOS spectrometer. This thesis presents the data analysis from the first experiment with PISTA, which employed multi-nucleon transfer reactions in inverse kinematics using a 238U beam at Coulomb-barrier energies impinging on thin 12C targets. The analysis of this experiment shows enhanced identification of target-like nuclei, enabling a characterization of the fissioning systems in terms of mass, atomic number, and excitation energy, with an energy resolution improved by about a factor of two compared to the previous setup. Twenty transfer channels have been identified and analyzed, with the production of associated cross-sections and excitation-energy spectra. Fission probabilities as a function of the excitation energy of the fissioning system were measured, and the corresponding fission barrier heights were extracted. The results were compared with both literature data and model predictions obtained with TALYS. A new approach was proposed to estimate the angular-momentum distribution of fissioning systems from experimental excitation functions, providing an alternative way to access this information.Plus de quatre-vingt-cinq ans après sa découverte, la fission nucléaire demeure un phénomène dont la description complète reste un défi. Les progrès dans ce domaine nécessitent de nouvelles données expérimentales sur des systèmes fissionnants exotiques, inaccessibles par les réactions directes induites par neutrons, mais essentielles tant pour une compréhension approfondie du mécanisme de fission que pour ses applications en astrophysique et pour l'industrie nucléaire. L’utilisation de réactions de substitution en cinématique inverse permet à la fois l’étude de systèmes fissionnant exotiques et l’identification isotopique des fragments de fission. Toutefois, la caractérisation du système fissionnant en termes de contenu isotopique (A, Z) ainsi que la détermination précise de son énergie d’excitation sont d’une importance capitale, mais demeurent particulièrement difficiles à réaliser. Dans cette thèse, la fission a été étudiée au GANIL à l’aide d’un nouveau système de détection des noyaux partenaires de réaction type cible, PISTA (Particle Identification Silicon Telescope Array), couplé au spectromètre VAMOS. Ce travail présente l’analyse des données issues de la première expérience réalisée avec PISTA, celle-ci met en œuvre des réactions de transfert multi-nucléoniques en cinématique inverse à l’aide d’un faisceau de 238U à des énergies proches de la barrière de Coulomb, sur des cibles minces de 12C. L’analyse de cette expérience a mis en évidence une amélioration de l’identification des noyaux de type cible, permettant une caractérisation des systèmes fissionnant en termes de masse, de numéro atomique et d’énergie d’excitation, avec une résolution en énergie d'excitation améliorée d’un facteur deux par rapport au dispositif précédent. Vingt canaux de transfert ont été identifiés et étudiés, avec la détermination des sections efficaces de production et des spectres d’énergie d’excitation associés. Les probabilités de fission en fonction de l’énergie d’excitation du système fissionnant ont été mesurées, et les hauteurs de barrière de fission correspondantes ont été extraites. Les résultats ont été comparés aux données disponibles dans la littérature ainsi qu’aux prédictions du modèle TALYS. Une nouvelle approche a été proposée pour estimer la distribution du moment cinétique des systèmes fissionnant à partir des fonctions d'excitation expérimentales, offrant ainsi une manière alternative d'accéder à cette information
Evaluation des émissions de gaz à effet de serre (CO2 et CH4) par le barrage subtropical Nam Theun 2
No full textHydroelectric reservoirs are categorized as a renewable energy production but emit significant GHGs, especially in tropical regions. It raises a need of understanding the biogeochemical cycles underlying the greenhouse gas production and emissions. Therefore, the goals of the thesis are to quantifying the long term GHG emissions from a subtropical reservoir, to assess the dynamics (seasonality, spatial-temporal variabilities) of GHG emissions, and contribute to the development of water quality modelling approach to quantify GHG emissions. This thesis presented a 14-year (2009-2022) assessment of water quality and GHG (CH4 and CO2) emissions, one of the longest continuous high frequency monitoring datasets, from the NT2 reservoir (Lao PDR), combining discrete sampling, high-frequency bubbling trap and EC measurements (included a comparison between quantifying methodology), and modelling attempts. Emission pathways (diffusion, degassing, and ebullition) were quantified using a multi-method approach. Spatial, seasonal, and long-term trends were evaluated. A comparison between EC-derived fluxes and fluxes calculated from discrete sampling revealed that each method has advantages and limitations: EC provided continuous, high-frequency measurements, while discrete sampling offered broader spatial coverage and was more cost-effective. This thesis quantified GHG emissions based on water measurements due to the availability and consistency of the dataset, but highlighted the importance of using complementary techniques to better capture spatial and temporal variability, particularly diurnal patterns. Total emissions reached 10736 Gg CO2eq, with CH4 and CO2 contributing 51% and 49%, respectively. Emissions peaked in 2010 (1276 Gg CO2eq) and declined 70% by 2021 due to reservoir aging and reduced organic matter. Seasonal shares were WD (35.5%), CD (35.8%), and WW (28.7%). CH4 peaked in WD seasons via enhanced ebullition under stratified, anoxic conditions, while CO2 peaked during CD seasons, associated with overturn. Ebullition dominated CH4 (77%) and remained stable; diffusive CH4 dropped 97%. CO2 was mainly diffusive (96%) and declined 87% over time. Especially, the long-term bubbling remained as significant sources of total emissions, suggesting the sustainability of soil organic matter pool. A DELFT3D-based modelling framework was developed for the study period. The FLOW module, driven by ERA5 meteorology and in-situ data, accurately simulated water levels and temperature profiles with <1 °C absolute average error at key stations (RES1, RES4) and correct simulation of the seasonality of the reservoir water column. Comprehensive set of sensitivity tests identified Ozmidov length, Secchi depth, and Dalton and Stanton numbers as key drivers of stratification and heat exchange model.[...]Les réservoirs hydroélectriques sont considérés comme des sources d'énergie renouvelable, mais peuvent émettre des quantités importantes de GES, surtout dans les régions tropicales. Cela soulève la nécessité d'une meilleure compréhension des cycles biogéochimiques contrôlant la production et l'émission de ces gaz. Cette thèse a pour objectifs de quantifier les émissions de GES à long terme d'un réservoir subtropical, d'analyser leur dynamique saisonnière et spatio-temporelle, et de contribuer au développement de la modélisation de la qualité de l'eau pour estimer ces émissions de manière plus précise. L'étude repose sur 14 années de données continues (2009-2022) issues du réservoir NT2, et combine différentes méthodes de mesure : échantillonnage discret classique, pièges à bulles à haute fréquence, et mesures par EC. La comparaison entre les flux mesurés par EC et ceux dérivés des échantillons discrets a montré que chaque approche présente des avantages méthodologiques spécifiques : EC permet une couverture temporelle fine, notamment sur les cycles diurnes, tandis que les échantillons discrets assurent une bonne couverture spatiale avec un coût opérationnel réduit. Le calcul final des émissions a été réalisé à partir des mesures de l'eau, en raison de leur représentativité à long terme, mais l'importance d'utiliser des approches complémentaires est clairement mise en avant. Les émissions cumulées atteignent 10736 Gg CO2eq, réparties entre CH4 (51 %) et CO2 (49 %). Le pic des émissions a été observé en 2010 (1276 Gg CO2eq), suivi d'une décroissance progressive de 70 % jusqu'en 2021. Cette diminution est attribuée au vieillissement du réservoir et à la réduction des apports de matière organique labile. Les parts saisonnières se répartissent en saison WD (35,5 %), CD (35,8%) et WW (28,7 %). CH4 atteint un maximum en saison WD, en lien avec une ébullition favorisée par une stratification thermique stable et des conditions anoxiques accrues, tandis que CO2 culmine en saison CD lors du brassage vertical de la colonne d'eau, révélant l'importance de la minéralisation microbienne. L'ébullition représente 77 % des émissions de CH4 et reste relativement constante dans le temps ; en revanche, les flux diffusifs chutent de 97%. CO2, majoritairement diffusif (96 %), diminue de 87 % sur la période étudiée. La persistance des émissions par ébullition suggère la durabilité d'un stock actif de matière organique dans les sédiments. Un cadre de modélisation fondé sur la suite DELFT3D a été mis en place pour simuler l'évolution hydrothermique du réservoir. Le module FLOW a reproduit fidèlement les variations du niveau d'eau et les profils de température, avec une erreur absolue moyenne < 1°C aux stations RES1 et RES4. Des tests de sensibilité approfondis ont identifié plusieurs paramètres physiques critiques pour la dynamique de stratification.[...