thèses en ligne de ParisTech
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Construction d'un nouveau dispositif flexible pour la mesure des effets collectifs lumière-matière dans un nuage atomique dense
No full textThis thesis describes the construction, the characterisation and the benchmarking of an experimental set-up which provides a cold-atom based platform to study light-matter interactions.The set-up is based on very compact vacuum design, including a glass cell as science chamber. The goal of the set-up is to trap high atom numbers, in the range of thousands, in a very small dipole trap, referred to as “optical tweezers”.Atom-light interactions are well understood in the case of an ensemble of two-level emitters independently coupled to the light field, but on this set-up the atomic cloud reaches such high densities that dipolar coupling among the emitters play a significant role. This platform provides means to study the effect on the emitted atomic fluorescence of this collective interaction between the atoms and the light field.The fundamental interest is to explore and characterize regimes where both the numerical and the approximated pictures fail to predict the observables of the system, despite the knowledge of the microscopic dynamics.The thesis give an introduction to the theoretical interest and motivation for the investigation of such effects and the construction of this set-up and the practical advantages of building this set-up as an upgrade of a similar older experiment to enhance its performances.The thesis also details the first measurements of the collective light-matter effects on this new set-up.Cette thèse décrit la construction, la caractérisation et l'évaluation comparative d'un dispositif expérimental qui fournit une plateforme basée sur des atomes froids pour étudier les interactions lumière-matière.Le dispositif repose sur une conception sous vide très compacte, comprenant une cellule en verre comme chambre scientifique. L'objectif du dispositif est de piéger un grand nombre d'atomes, de l'ordre de plusieurs milliers, dans un piège dipolaire de faible volume, appelé « pince optique ».Les interactions entre les atomes et la lumière sont bien comprises dans le cas d'un ensemble d'émetteurs à deux niveaux couplés indépendamment au champ lumineux, mais dans ce dispositif, le nuage atomique atteint des densités si élevées que le couplage dipolaire entre les émetteurs joue un rôle important. Cette plateforme permet d'étudier l'effet de cette interaction collective entre les atomes et le champ lumineux sur la fluorescence atomique émise.L'intérêt fondamental est d'explorer et de caractériser les régimes dans lesquels les modèles numériques et approximatifs ne parviennent pas à prédire les observables du système, malgré la connaissance de la dynamique microscopique.La thèse présente l'intérêt théorique et la motivation de l'étude de ces effets, la construction de ce dispositif et les avantages pratiques de sa mise en place en tant que mise à niveau d'une expérience similaire plus ancienne, afin d'améliorer ses performances.La thèse détaille également les premières mesures des effets collectifs lumière-matière sur ce nouveau dispositif
Etude de solutions pour la mobilité et la sécurité routière - Contrôle des voies de covoiturage et détection du port de la ceinture de sécurité
No full textThis thesis focuses on the design and characterization of automatic traffic violation detection systems aimed at enhancing traffic safety and efficiency. Two primary applications are addressed: monitoring carpool lane usage and detecting seat belt compliance. For carpool lane monitoring, the work builds on an existing system. We analyzed the various sources of errors produced by the system and proposed an image-processing algorithm to correct these errors and prevent passenger overcounting, particularly due to the detection of occupants in adjacent lanes. The approach combines adaptive edge detection, line detection, and geometric filtering to isolate the windshield line and restrict the detection area. For seat belt detection, we investigated the polarimetric properties of seat belts, which differ markedly from those of conventional fabrics. Seat belts retain a higher degree of polarization when illuminated with light polarized parallel or perpendicular to their axis, enabling their identification through polarimetric imaging. This principle can be leveraged to develop an optical system for detecting seat belt usage. Additional challenges were also addressed, such as reflections that obscure useful information in images, and solutions were proposed to overcome this issue.Cette thèse porte sur la conception et la caractérisation de systèmes automatiques de détection d'infractions routières, visant à améliorer la sécurité et l'efficacité du trafic. Deux applications principales sont abordées : le contrôle de l'usage des voies réservées au covoiturage et la détection du port de la ceinture de sécurité. Pour le contrôle des voies de covoiturage, les travaux se sont appuyés sur un système existant. Nous avons étudié les différentes sources d'erreurs générées par le système et proposé un algorithme de traitement d'image visant à corriger ces erreurs et éviter le sur-comptage de passagers, notamment dû à la détection d'occupants dans les voies adjacentes. L'approche combine une détection adaptative des contours, une détection de lignes et un filtrage géométrique pour isoler la ligne du pare-brise et limiter le champ de détection. Pour la détection du port de la ceinture de sécurité, nous avons étudié les propriétés polarimétriques des ceintures, qui présentent un comportement distinct des tissus vestimentaires classiques. Les ceintures conservent un degré de polarisation plus élevé lorsque la lumière est polarisée parallèlement ou perpendiculairement à leur axe, ce qui permet leur différenciation par imagerie polarimétrique. Ce principe peut être exploité pour concevoir un système optique de détection du port de la ceinture de sécurité. D'autres problématiques ont également été abordées, telles que les reflets qui occultent l'information utile dans les images. Des solutions ont été étudiées pour pallier cette difficulté
Mise en œuvre de protocoles itératifs pour la génération d'états quantiques encodés sur des impulsions lumineuses
No full textThis PhD work is part of a broader effort to develop quantum technologies, and especially the photonic platform, using continuous variables. The experimental realization of an efficient source of non-classical states of light is a key step in developing such a platform. The main focus of the present work is to take part in the development of one particular architecture for such a source. This source uses a quantum memory to produce non-classical states of light in an iterative fashion. At each step, a projective measurement is performed on an entangled state that was obtained through the interaction of a state that was stored in the memory and a resource state on a beam splitter. The resource states that we use are heralded single photons that are produced through spontaneous parametric down conversion. The first step in the development of the source is to produce “even Schrödinger cat states” from a photon coming from a single photon source, and a photon that was produced by the same source and stored in the quantum memory. The first results were obtained and published at the beginning of this PhD project. A theoretical work consisting of the optimization of the emission modes of the single photon source has then been conducted. In the meantime, closed-loop controlled stabilization systems, and electronic control optimizations were implemented in the experimental setup. This optimized setup allowed us to generate and publish new results in which the fidelity of the even cat states was improved and where the generation rate was multiplied by ten. The optimizations of the experimental setup also paved the way toward the generation of “odd Schrödinger cat states”. Different odd cat states generation protocols are proposed, and preliminary results of the implementation of one of these protocols are presented in this manuscript.Ce travail de thèse s'inscrit dans le cadre du développement des technologies quantiques en général et dans le cadre du développement d'une plateforme photonique en variables continues en particulier. Le développement d'une telle plateforme nécessite la réalisation de sources efficaces d'états non classiques de la lumière. Ce travail de thèse se concentre principalement sur le développement d'une architecture particulière pour une telle source. Cette dernière génère des états non classiques de la lumière à l'aide d'une mémoire quantique, de manière itérative, en réalisant à chaque étape une mesure projective sur un état intriqué produit à partir d'un état stocké en mémoire et d'un état ressource interagissant sur une lame séparatrice. Nous utilisons comme états ressources des photons uniques annoncés produits par fluorescence paramétrique. Dans un premier temps, nous cherchons à générer des états « Chat de Schrödinger pair » à partir d'un photon provenant de la source de photons uniques, et d'un photon stocké en mémoire, provenant initialement de la même source. Une première preuve de principe a été publiée au début de cette thèse. Une fois ces résultats obtenus, un travail théorique d'optimisation des modes d'émission de la source de photons uniques a été conduit. Parallèlement, des travaux expérimentaux de stabilisation et d'asservissement de l'expérience, ainsi qu'une optimisation du contrôle électronique du montage ont été réalisés. Grâce à cette version plus aboutie de l'expérience, de nouveaux résultats ont été obtenus et publiés au cours de la thèse. Ces nouveaux résultats présentent une meilleure fidélité et un taux de génération dix fois supérieur comparés aux résultats publiés en début de thèse. Au-delà des nouveaux résultats, les améliorations du dispositif expérimental mises en place nous ouvrent la voie vers la génération d'états plus complexes. Cette thèse propose donc des protocoles de génération d'états « Chat de Schrödinger impair ». Des résultats préliminaires de la mise en œuvre de ces protocoles sont présentés en fin de ce manuscrit
Intégrer et optimiser une méthode pluridisciplinaire et collaborative permettant le déploiement du design centré sur l'utilisateur (UX) en entreprise.
No full textThis CIFRE thesis, conducted within the R&D center of Saint-Gobain, explores the integration of user-centered design (UX) into the product design process. It proposes a multidisciplinary and collaborative method, focusing on the early stages of the process, often referred to as the "fuzzy front end" due to their ambiguous and uncertain nature.The research begins with an assessment of Saint-Gobain's initial process. This process is analyzed and optimized to better integrate the UX approach. The first hypothesis of the thesis is that it is necessary to formalize a common and multidisciplinary process supported by a user-centered approach. This hypothesis is partially validated but reveals limitations, notably a lack of understanding of the process in a collaborative context, particularly during the early stages.To address these limitations, the thesis proposes a second hypothesis: it is necessary to physically materialize the early stages of the design process. This materialization takes the form of a trends laboratory, the Trends Lab, and an associated method, TSDT (Trends Selection, Development, and Transformation). The Trends Lab is a space dedicated to collaboration between designers, marketers, and engineers, allowing for the structuring and guiding of the early stages of the design process. The TSDT method is based on the steps of the SFA model (Scan, Focus, Act) and offers specific tools for each stage.The results show that the physical materialization of the early stages improves the understanding of the process and interdisciplinary collaboration. The developed tools, such as trend sheets and transformation templates, facilitate data collection and analysis, as well as the generation of innovative ideas. The Trends Lab also helps to disseminate a culture of innovation within the company and reinforce the legitimacy of the UX approach.In conclusion, this thesis makes significant contributions both scientifically and industrially. It proposes a tool-based and collaborative method to integrate UX into the product design process and demonstrates the importance of physically materializing the early stages to foster user-centered collaboration and innovation.Cette thèse CIFRE, réalisée au sein du centre de R&D de Saint-Gobain, se penche sur l'intégration du design centré-utilisateur (UX) dans le processus de conception de produits. Elle propose une méthode pluridisciplinaire et collaborative, en mettant l'accent sur les phases amont du processus, souvent qualifiées de "fuzzy front end" en raison de leur nature floue et incertaine.La recherche débute par un état des lieux du processus initial de Saint-Gobain. Ce processus est analysé et optimisé pour mieux intégrer l'approche UX. La première hypothèse de la thèse est qu'il est nécessaire de formaliser un processus commun et pluridisciplinaire supporté par une approche centrée-utilisateur. Cette hypothèse est partiellement validée, mais révèle des limites, notamment un manque de compréhension du processus dans un contexte de collaboration, en particulier lors des phases amont.Pour pallier ces limites, la thèse propose une seconde hypothèse : il est nécessaire de matérialiser physiquement les étapes amont du processus de conception. Cette matérialisation prend la forme d'un laboratoire de tendances, le Trends Lab, et d'une méthode associée, la TSDT (Trends Selection, Development, and Transformation). Le Trends Lab est un espace dédié à la collaboration entre designers, marketeurs et ingénieurs, permettant de structurer et de guider les phases amont du processus de conception. La méthode TSDT s'appuie sur les étapes du modèle SFA (Scan, Focus, Act) et propose des outils spécifiques pour chaque étape.Les résultats montrent que la matérialisation physique des étapes amont améliore la compréhension du processus et la collaboration interdisciplinaire. Les outils développés, tels que les fiches tendances et les templates de transformation, facilitent la collecte et l'analyse des données, ainsi que la génération d'idées innovantes. Le Trends Lab permet également de diffuser une culture d'innovation au sein de l'entreprise et de renforcer la légitimité de l'approche UX.En conclusion, cette thèse apporte des contributions significatives à la fois sur le plan scientifique et industriel. Elle propose une méthode outillée et collaborative pour intégrer l'UX dans le processus de conception de produits, et démontre l'importance de la matérialisation physique des étapes amont pour favoriser la collaboration et l'innovation centrée sur l'utilisateur
Modélisation biomécanique du membre supérieur couplé à l'exosquelette ABLE 7 axes pour la rééducation et la réadaptation de la personne tétraplégique.
No full textTetraplegia results from injury to the spinal cord at the cervical level and significantly affects an individual's autonomy and overall quality of life. To help patients regain some of that quality of life, rehabilitative effort is usually focused on improving mobility in the upper limb, which is frequently considered one of the priorities by patients, conventional manual therapies however have certain limitations regarding therapist availability, patient engagement, precision, intensity, and improvement monitoring. Using exoskeletons to perform robotic rehabilitation offers a promising solution to these shortcomings but their clinical adoption still faces challenges, the main concern being the safety of the user.This thesis therefore focuses on developing a biomechanical model of the human-exoskeleton interaction, specifically tailored to the ABLE 7-axes exoskeleton. This model aims at ensuring patient safety by monitoring joint angles and joint torques in real-time, as well as paving the way towards a tool to optimize rehabilitation exercises based on individual capabilities and goals and track patient progress.The research begins with a detailed review of upper limb functional anatomy and the state-of-the-art in exoskeleton technologies. Challenges such as restricted degrees of freedom, control inefficiencies, and patient-specific adaptability are identified. The thesis then analyzes the potential of using the ABLE 7-axes exoskeleton as a kinematic measurement tool and its impact of natural upper limb kinematics. Kinematic interaction models to estimate the human arm position from exoskeleton data (without relying on external measurement systems) are then developed. The thesis continues to study the impact of the exoskeleton on the upper limb dynamics and develops a dynamic model to compute the human joint torques still based on data acquired only by the exoskeleton.This work contributes to advancing the understanding of the human-exoskeleton interaction and provides a foundation for safer, more effective robotic rehabilitation systems that can significantly improve patient outcomes and quality of life.La tétraplégie, due à une lésion de la moëlle épinière au niveau des vertèbres cervicales, affecte considérablement l’indépendance et la qualité de vie d’une personne. Afin d'aider les patients à regagner une part de leur qualité de vie, la rééducation vise généralement à améliorer la fonctionnalité du membre supérieur, un objectif souvent jugé prioritaire par les patients. Les thérapies manuelles conventionnelles présentent toutefois certaines limites liées à la disponibilité du praticien, l'implication du patient, la précision et l'intensité des exercices ainsi que le suivi efficace de l'évolution du patient. L'utilisation d'exosquelettes dans le cadre de cette rééducation présente des solutions prometteuses à ces lacunes, mais leur adoption en milieu clinique reste confrontée à des défis, la principale préoccupation étant la sécurité de l'utilisateur. Cette thèse se concentre donc sur le développement d'un modèle biomécanique de l'interaction homme-exosquelette, spécifiquement adapté à l'exosquelette ABLE à 7 axes. Ce modèle vise à assurer la sécurité du patient en contrôlant les angles et les couples articulaires du membre supérieur en temps réel, ainsi qu'à ouvrir la voie à un outil permettant d'optimiser les exercices de rééducation en fonction des capacités et des objectifs individuels et d’améliorer le suivi des progrès du patient.L’étude commence par un examen détaillé de l'anatomie fonctionnelle du membre supérieur et de l'état de l'art des exosquelettes de rééducation. Les défis tels que les degrés de liberté restreints, les complexités de contrôle et l'adaptabilité spécifique au patient sont identifiés. La thèse analyse ensuite le potentiel de l'utilisation de l'exosquelette ABLE 7-axes comme outil de mesure cinématique et son impact sur la cinématique naturelle des membres supérieurs. Des modèles d'interaction cinématique permettant d'estimer la position du bras humain à partir des données de l'exosquelette (sans dépendre de systèmes de mesure externes) sont ensuite développés. La thèse se poursuit en étudiant l'impact de l'exosquelette sur la dynamique du membre supérieur et développe un modèle dynamique pour calculer les couples des articulations humaines toujours sur la base des données acquises uniquement par l'exosquelette.Ce travail contribue à faire progresser la compréhension de l'interaction homme-exosquelette et fournit une base pour des systèmes de rééducation robotique plus sûrs et plus efficaces qui peuvent améliorer de manière significative les résultats et la qualité de vie des patients
Etude expérimentale et modélisation 0D de l'impact d'un rouet centrifuge sur le comportement d'un inducteur de l'étage basse pression d'une pompe à carburant d'avion, en présence d'un ratio gaz sur liquide V/L
No full textThis study aims at experimentally investigating the hydrodynamic behaviour of a centrifugal pump, both with and without cavitation. The pump consists of an axial inducer, a centrifugal impeller, and a volute. Three assembly configurations are examined: the inducer alone, the impeller alone, and the combined inducer and impeller. Particular attention is given to cavitating conditions -- low suction pressure -- at four partial flow rates (4% Φref, 16% Φref, 39% Φref, 78% Φref), where Φref is defined as the flow coefficient at which the full-stage pump achieves optimal performance. The hydromechanical performance is analysed and compared across these configurations, with cavitation formation captured using high-speed digital imaging. A spectral analysis of pressure signals is also conducted in operational regimes where instabilities were observed. The results indicate that the inducer mitigates the impact of cavitation on hydromechanical performance as the flow rate approaches the design point Φref. However, at partial flow rates, the inducer negatively impacts pump performance by increasing the critical cavitation number threshold beyond which a head drop occurs. Cavitation-induced instabilities were observed in partial flow regimes and under low suction pressure conditions in configurations involving the inducer. These instabilities, characterized by a very low-frequency signature, result in significant pressure and flow fluctuations, leading to vibrations within the system. Furthermore, these instabilities exhibit a clear dependency on flow rate and rotational speed.Cette étude expérimentale vise à mettre en évidence les interactions entre un rouet centrifuge et un inducteur axial, deux composants essentiels des pompes centrifuges employées dans le domaine aéronautique. Une attention particulière est portée aux régimes de débit partiel par rapport au débit nominal de dimensionnement de la pompe (4% Φref, 16% Φref, 39% Φref, 78% Φref), avec Φref défini comme le débit auquel la pompe démontre les meilleures performances. L’étude est également menée dans des conditions de basse pression dans lesquelles les phénomènes de cavitation sont pleinement développés. Par ailleurs, l'injection de CO2 et sa dissolution dans l'eau de ville permettent d’examiner l’impact des gaz dissous dans le fluide sur les performances hydrauliques de la pompe. Plusieurs configurations sont considérées : le rouet centrifuge seul, l'inducteur seul, et l'association inducteur-rouet, afin de distinguer d'une part la contribution de chaque composant et, d'autre part, leur potentielle interaction. Pour chacune de ces configurations, les performances globales de la pompe sont évaluées en régime non cavitant et cavitant. La dynamique de la cavitation est caractérisée à l’aide d’une caméra rapide, permettant d’obtenir des visualisations instantanées de la morphologie de l’écoulement ainsi que des enregistrements vidéo destinés à l’analyse des instabilités dynamiques. Enfin, une analyse fréquentielle des signaux de pression est conduite afin d’approfondir la compréhension des mécanismes d’instabilités associés aux phénomènes de cavitation
Représentation spatiale à des fins d'assistance à la navigation embarquée par association mixte de capteurs
No full textPlanted forests, play a crucial role as carbon sinks and economic resources. However, their sustainable management is complex due to major challenges such as fires and diseases, as well as requirements of different nature, such as climatic conditions or environmental forces, such as wind, which impact forest growth cycles and require detailed information that is often difficult to collect. Autonomous drone navigation beneath the canopy emerges as a promising solution for efficient data collection, responding to the growing interest in this field within the robotics community.This research is structured around three main axes. The first axis involves the development of a real-time image segmentation system integrated into an embedded system using a stereoscopic camera. The second axis focuses on leveraging the results of this segmentation to build a semantic map and enable efficient drone localization. Finally, the third axis focuses on navigation and path planning strategies based on the analysis of this map to meet operational objectives safely.The major contributions of this research include an innovation in sensor positioning, notably the original use of a vertically positioned LiDAR, which required the development of new real-time perception methods. Additionally, a semantic SLAM algorithm was developed, leveraging image segmentation and the geometric characteristics of maritime pine trees. Finally, a navigation strategy based on potential fields was implemented, enabling safe navigation through automatically positioned safety points according to the mission orders.This work offers new perspectives for sustainable forest management by improving the precision and efficiency of data collection at the individual tree level.Les forêts, en particulier les forêts plantées, jouent un rôle essentiel en tant que puits de carbone et ressources économiques. Leur gestion durable est toutefois complexe en raison de défis majeurs tels que les incendies et les maladies, ainsi que de contraintes continues liées à des facteurs multifactoriels comme les conditions climatiques ou les forces environnementales, telles que le vent, qui influencent le cycle de croissance des forêts. Ces dynamiques nécessitent la collecte de données détaillées, souvent difficiles à obtenir. Dans ce contexte, la navigation autonome de drones sous la canopée se présente comme une solution prometteuse pour une collecte de données plus efficace, suscitant un intérêt croissant dans la communauté robotique.Ce travail de recherche s'articule autour de trois axes principaux. Le premier axe consiste en le développement d'un système de segmentation d'images en temps réel intégré à un système embarqué utilisant une caméra stéréoscopique. Le deuxième axe concerne l'exploitation des résultats de cette segmentation pour construire une cartographie sémantique et permettre une localisation précise du drone. Enfin, le troisième axe se concentre sur la mise en place de stratégies de navigation et de planification de trajectoire basées sur l'analyse de cette cartographie, afin de répondre de manière sécurisée aux objectifs opérationnels.Les contributions majeures de cette recherche incluent une innovation dans le positionnement des capteurs, notamment avec l'utilisation originale d'un LiDAR positionné verticalement, ce qui a nécessité le développement de nouvelles méthodes de perception en temps réel. De plus, un algorithme de SLAM sémantique a été développé, exploitant la segmentation d'images et les caractéristiques géométriques du pin maritime. Enfin, une stratégie de navigation basée sur les champs de potentiels a été mise en œuvre, permettant une navigation sécurisée à travers des points de sécurité positionnés automatiquement en fonction des ordres de mission.Ces travaux ouvrent de nouvelles perspectives pour la gestion durable des forêts, en améliorant la précision et l'efficacité de la collecte de données à l'échelle individuelle des arbres
Développement de méthodes computationnelles pour la transcriptomique spatiale basée sur l'image
No full textSpatial transcriptomics methods provide crucial insights into the cellular heterogeneity and spatial organization of complex multicellular systems. Combining molecular and spatial information helps elucidate tissue architecture during development and disease. Although several commercial approaches are available, they are expensive and offer limited flexibility. In contrast, homebuilt methods provide cost-effective and customizable alternatives. Still, Both commercial and homebuilt pose analytical challenges. One the crucial analysis step is to identify RNA expression profiles at the single-cell level. Therefore, precise cell segmentation is critical, as accurate RNA profiles depend on correctly segmented cells.In the first part of this thesis, I present as a step-by-step guide to implement and perform homebuilt spatial transcriptomics. This guide spans the entire life cycle of a project,from its initial definition to experimental choices, wet lab approaches, instrumentation,and analysis. Beyond a litteratrue ressource, I present two of my contribution. First a data analysis pipeline for our recently submitted manuscript, where we present autoFISH, a complete toolbox to perform automated single molecule FISH (smFISH). Second I present a simulation environment to guide the choice of marker genes by anticipating analysis challenges.In a second part I describe my work on cell segmentation in image-based spatialtranscriptomics (IST). I present two novel segmentation methods, each tailored fora different experimental set-up. First, I developed Comseg, apoint-cloud segmentation method based on a graph of RNA nodes weighted by co-expression. ComSeg can be used on IST data missing cell staining. Secondly, we developed RNAseg, a cell staining-based method taking advantage of RNA position to identify cell on various cell staining quality.Les méthodes de transcriptomique spatiale offrent des informations essentielles sur l'hétérogénéité cellulaire et l'organisation spatiale des systèmes multicellulaires complexes. La combinaison d'informations moléculaires et spatiales aide à étudier l'architecture des tissus pendant le développement et les maladies. Bien que plusieurs approches commerciales soient disponibles, elles sont coûteuses et offrent une flexibilité limitée. En revanche, les méthodes développées en laboratoire "open source" offrent des alternatives économiques et personnalisables. Cependant, tant les approches commerciales que celles "open source" développées en laboratoire posent des défis analytiques. L'une des étapes d'analyse cruciales consiste à identifier les profils d'expression de l'ARN au niveau de la cellule unique. Par conséquent, une segmentation cellulaire précise est essentielle, car des profils d'ARN fiables dépendent de cellules correctement segmentées.Dans la première partie de cette thèse, je propose un guide étape par étape pour mettre en œuvre et réaliser une transcriptomique spatiale développée en laboratoire. Ce guide couvre l'ensemble du cycle de vie d'un projet, depuis sa définition initiale jusqu'aux choix expérimentaux,, à l'instrumentation et à l'analyse. Au-delà d'une ressource bibliographique, je présente deux de mes contributions. Tout d'abord, un pipeline d'analyse de données pour notre manuscrit récemment soumis, où nous présentons autoFISH, une boîte à outils complète pour effectuer des expériences automatisées de FISH à molécule unique (smFISH). Ensuite, je présente un environnement de simulation conçu pour guider le choix des gènes marqueurs en anticipant les défis analytiques.Dans une deuxième partie, je décris mon travail sur la segmentation cellulaire pour transcriptomique spatiale basée sur l'image (IST). Je présente deux nouvelles méthodes de segmentation, chacune adaptée à un type IST. Premièrement, j'ai développé ComSeg, une méthode de segmentation basée sur un nuage de points et utilisant un graphe de nœuds d'ARN pondérés par co-expression. ComSeg peut être utilisé sur des données IST ne comportant pas de coloration cellulaire. Deuxièmement, nous avons développé RNAseg, une méthode basée sur la coloration cellulaire qui exploite la position de l'ARN pour identifier les cellules dans des données où la coloration cellulaire est de qualité variable
Simulation de propagation d'ondes ultrasonores dans les matériaux polycristallins
No full textThe metallurgical industry plays a crucial role in the industrial sector, particularly in high-stakes fields such as nuclear, aerospace and defense engineering. Ultrasonic Testing (UT) is widely employed to ensure the quality of forged metallic components. However, practitioners face significant challenges, notably due to signal pollution caused by spurious reflections of ultrasonic waves from the polycrystalline microstructure of metals. In this context, a high-fidelity numerical simulation tool would enable a more accurate characterization of ultrasonic waves behavior as they propagate through polycrystalline materials, allowing a better understanding of the received signals. Furthermore, advanced techniques such as laser-based Ultrasonic Testing for monitoring thermomechanical processes are currently under development. The coupling of numerical simulation tools for microstructure evolution during material forming with those dedicated to ultrasonic wave propagation offers a promising approach. This PhD work was dedicated to the development of a high-fidelity simulation tool, building upon the state of the art and following three main steps:1. defining a model to describe ultrasonic wave propagation in polycrystals,2. developing an appropriate numerical scheme to solve this model,3. validating the resulting model.To achieve this, the developed model is based on the first-order velocity-stress ElastoDynamics wave propagation equations. This model is solved using a Discontinuous Galerkin spatial scheme, combined with explicit time integrators such as Leap-Frog and Runge-Kutta methods. Finally, the features and performance of the resulting simulation environment are assessed through academic test cases before being applied to numerical polycrystalline microstructures, closely resembling configurations encountered in experimental Ultrasonic Testing.L'industrie métallurgique occupe une place importante dans de nombreux secteurs stratégiques, en particulier dans des domaines de haute exigence tels que le nucléaire, l'aéronautique et la défense. Le contrôle par ultrasons y est couramment utilisé afin de garantir la qualité des composants métalliques forgés. Toutefois, les praticiens sont souvent confrontés à des difficultés, notamment en raison de la pollution du signal causée par les réflexions parasites des ondes ultrasonores sur la microstructure polycristalline des matériaux métalliques. Dans ce contexte, un outil de simulationnumérique haute-fidélité permettrait de caractériser avec précision le comportement des ondes ultrasonores lors de leur propagation dans les polycristaux, et de mieux interpréter les signaux reçus.Par ailleurs, des techniques avancées, telles que le contrôle ultrasonore par laser pour le suivi in situ des microstructures lors de procédés à chaud, sont en cours de développement. Le couplage entre les outils numériques de simulation des évolutions de microstructures à l'œuvre lors de procédés de mise en forme et ceux dédiés à la propagation des ondes ultrasonores constitue une approche prometteuse. C'est dans cette optique que ce travail s'est inscrit, pour développer un outil de simulation haute-fidélité polyvalent en nous appuyant sur l'état de l'art et en suivant trois étapes :1. la définition d'un modèle représentant la propagation des ondes ultrasonores dans les matériaux polycristallins éventuellement multiphasés,2. le développement d'un schéma numérique adapté pour résoudre ce modèle,3. et la validation du modèle obtenu.À cette fin, nous nous sommes appuyés sur les équations de propagation des ondes issues de l'élastodynamique d'ordre 1 en vitesse-contrainte. Ce modèle est résolu à l'aide d'un schéma numérique de type Galerkin discontinu en espace, couplé à des intégrateurs temporels explicites de type Saute-Mouton et Runge-Kutta. Enfin, les performances et les caractéristiques de l'environnement de simulation ainsi conçu ont été évaluées à travers des cas académiques, avant d'être appliquées à des microstructures polycristallines numériques, reproduisant des configurations proches de celles rencontrées en contrôle ultrasonore expérimental
Interpolations spatio-temporelles (4D) basées sur des Graph Neural Network Dynamiques (GNN-D) et applications au stockage géologique de déchets radioactifs
No full textA deep disposal center for radioactive waste, such as Andra's Cigéo project requires continuous, long-term monitoring. This is made possible by a multitude of sensors. However, due to the environmental constraints associated with storage (i.e. radioactivity, the mechanical convergence of galleries, etc.), this network of sensors is prone to degradation over time. Therefore, it is crucial to ensure the consistency of the data collected to guarantee effective monitoring of the center. This means not only identifying sensor failures but also replacing erroneous values with reliable predictions. Graph Neural Networks (GNNs) are suitable tools for these tasks, as they enable accurate representation of system physics and take into account the local topology of the sensor network. In our research, we use data from Andra's underground research laboratory. Specifically, we are using data from an experiment that involved heating a high-activity (HA) cell demonstrator using heating resistors. This setup simulated the heating of radioactive waste on an HA cell. By introducing synthetic errors into this dataset, we trained Graph Neural Networks (GNNs) that leverage both current and historical sensor responses to assess sensor integrity. Additionally, we trained GNNs to generate predictions that could replace the responses of failed sensors, starting from the moment of failure. These GNNs are based on a forward integration mechanism and have been assessed on fundamental thermal simulation problems to evaluate their efficiency and limitations. The architecture of each GNN has been optimized through hyperparameter analysis. Given the large number of variables involved, we proposed a novel method for optimizing GNN architecture based on rating systems. Finally, we compared the performance of the best GNNs with traditional machine learning methods to demonstrate their effectiveness.Un centre de stockage profond de déchêts radioactifs comme le projet Cigéo de l'Andra requiert une surveillance continue sur le long terme. Cette surveillance est possible grâce à une multitudes de capteurs. Cependant, en raison des contraintes environementales associées au stockage (radioactivité, convergence mécanique des galeries, etc.) ce réseau de capteurs est sujet à une dégradation au fil du temps. Il est alors crucial d'assurer la cohérence des données recueillies pour garantir la surveillance du centre. Pour ce faire, il faut non seulement identifier les défaillances de capteurs mais aussi remplacer les valeurs erronées par des prédictions cohérentes. Les Graph Neural Networks (GNN) sont des outils adaptés pour ces tâches car ils permettent de représenter précisément la physique du système et prennent en compte la topologie locale du réseau de capteurs. Dans nos travaux, nous utilisons des données issues du laboratoire de recherche souterrain de l'Andra. En particulier, celles d'une expérience de chauffe d'un démonstrateur de cellule haute-activité (HA) par des résistances chauffantes. Ce qui permet d'imiter la chauffe d'une alvéole HA par des déchêts radioactifs. En ajoutant des erreurs synthétiques à ces données, nous avons entrainé des GNN qui utilisent les réponses capteurs (présentes et passées) pour détecter les défaillances capteurs. A l'aide des mêmes données, nous avons entrainés des GNN effectuant une prédiction au niveau des capteurs défaillants, à partir de l'instant de la panne. Ces GNN se basent sur un mécanisme d'intégration temporelle et ont été étudiés sur des problèmes de simulation thermique élémentaires afin d'évaluer leur efficacité ainsi que leurs limites. L'architecture de chacun des GNN a été optimisée par le biais d'un analyse hyper-paramétrique. En raison du grand nombre de variables, nous avons proposé une nouvelle méthode d'optimisation de l'architecture des GNN basée sur les systèmes de classement. Enfin, nous avons comparé les meilleurs GNN à des méthodes d'apprentissage machine traditionnelles afin de prouver leur efficacité