thèses en ligne de ParisTech
Not a member yet
9369 research outputs found
Sort by
Extensions techniques de la tomographie par cohérence optique confocale à balayage de ligne (LC-OCT) basées sur l'interférométrie tandem pour l'imagerie des tissus biologiques
No full textLine-field confocal optical coherence tomography (LC-OCT) tomography is an optical imaging technique that combines the advantages of confocal microscopy and OCT in terms of spatial resolution, penetration, and image orientation. Invented by Professor Arnaud Dubois (Charles Fabry Laboratory, UMR CNRS, Institute of Optics Graduate School, Université Paris-Saclay), this skin imaging technology is currently commercialized by the French startup DAMAE Medical. The latest commercialized LC-OCT device offers three imaging modes, providing vertical, horizontal, and 3D images of skin at the cellular level, with a penetration depth reaching the superficial dermis. Packaged as a portable probe, the device allows for easy imaging of all the lesions on a patient. Its use by dermatologists enables early detection of malignant tumors and reduces the number of benign biopsies.Our work focuses on developing a next-generation LC-OCT device offering novel applications in the medical field due to its potential compactness, modularity, penetration depth, and acquisition speed. This device is based on tandem interferometry, coupling two interferometers using an optical fiber, one being an imaging interferometer eventually placed in the LC-OCT probe and the other, an externally located compensating interferometer. One advantage of this approach is to move certain elements of the current probe to the compensating interferometer, making future LC-OCT probes even lighter and more compact. In addition, the compensating interferometer can incorporate scanning systems that enable the use of new dynamic focusing mechanisms in the imaging interferometer. In particular, the integration of a focus tunable lens in the imaging interferometer is studied, experimentally validated, and its performance analyzed. The prototype developed has increased the acquisition frequency of vertical section images up to 14.3 Hz. Experimentation also demonstrated the prototype's potential for increasing imaging depth, allowing acquisition and reconstruction of an image up to a depth of 1.3 mm, approximately three times greater than that of the currently commercialized LC-OCT device. Furthermore, we explored a new application of tandem LC-OCT: modular rigid endoscopy. Considering the clinical context of oropharyngeal squamous cell carcinoma, a prototype rigid tip for LC-OCT imaging of otorhinolaryngological (ORL) tissues has been developed. Despite impacted optical performance, initial in vivo images of the skin and lower lip have validated the feasibility of the approach. Additionally, thanks to tandem LC-OCT, a modular system has been implemented, allowing acquisition of images with and without an endoscopic tip. This demonstrates the versatility of our approach. In conclusion, this doctoral work establishes foundations for the development of future LC-OCT devices based on tandem interferometry. We hope that the benefits brought by tandem LC-OCT will lead to widespread adoption of this imaging technique by healthcare professionals, thereby contributing to advancements in the medical field.La tomographie par cohérence optique confocale à balayage de ligne (LC-OCT) est une technique d'imagerie optique qui combine les avantages de la microscopie confocale et de l'OCT en termes de résolution spatiale, de pénétration et d'orientation des images. Inventée par le Pr. Arnaud Dubois (Laboratoire Charles Fabry, UMR CNRS, Institut d'Optique Graduate School, Université Paris-Saclay), cette technologie est valorisée par la start-up DAMAE Medical pour l'imagerie de la peau. Le dernier dispositif de LC-OCT commercialisé propose 3 modes d'imagerie permettant de fournir des images en coupes verticales, horizontales ou en 3D d'une lésion cutanée à l'échelle cellulaire, avec une profondeur de pénétration allant jusqu'au derme superficiel. Sous la forme d'une sonde portable, ce dispositif permet d'imager facilement l'ensemble des lésions d'un patient. Son utilisation par le dermatologue permet la détection précoce des tumeurs malignes et la réduction du nombre de biopsies bénignes. Les travaux que nous présentons portent sur le développement d'un dispositif de LC-OCT de nouvelle génération offrant des perspectives d'application inédites dans le domaine médical grâce à son potentiel en termes de compacité, de modularité ainsi que de profondeur de pénétration et de vitesse d'acquisition. Ce dispositif est basé sur le principe de l'interférométrie tandem couplant au moyen d'une fibre optique deux interféromètres, l'un dit interféromètre imageur qui sera à terme placé dans la sonde LC-OCT et l'autre, dit interféromètre compensateur, à l'extérieur. L'un des intérêts de cette approche est de déporter certains éléments de la sonde actuelle vers l'interféromètre compensateur. Ainsi, les futures sondes LC-OCT pourront être encore plus légères et compactes. D'autre part, l'interféromètre compensateur peut comporter des systèmes de balayage rendant possible l'utilisation de nouveaux mécanismes de focalisation dynamique dans l'interféromètre imageur. En particulier, l'intégration d'une lentille à focalisation réglable dans l'interféromètre imageur est étudiée, validée expérimentalement et ses performances sont analysées. Le prototype réalisé a permis d'augmenter la fréquence d'acquisition des images en coupe verticale jusqu'à 14,3 Hz. Une expérience a également permis de démontrer le potentiel de ce prototype pour l'augmentation de la profondeur d'imagerie, permettant l'acquisition et la reconstitution d'une image jusqu'à une profondeur de 1.3 mm, environ 3 fois supérieure à celle du dispositif de LC-OCT commercialisé. Nous avons enfin exploré une nouvelle application de la LC-OCT tandem : l'endoscopie rigide modulable. En tenant compte du contexte clinique du carcinome épidermoïde oropharyngé, un prototype d'embout rigide pour l'imagerie LC-OCT des tissus oto-rhino-laryngologiques (ORL) a été développé. Malgré des performances optiques dégradées, les premières images in vivo de la peau et de la lèvre inférieure ont validé la faisabilité de l'approche. De plus, grâce à la LC-OCT tandem, un système modulable a été mis en œuvre, permettant d'acquérir des images avec et sans embout endoscopique. Cela démontre la polyvalence de notre approche. En conclusion, ce travail de doctorat établit des fondations pour le développement de futurs dispositifs de LC-OCT basés sur l'interférométrie tandem. Nous aspirons à ce que les bénéfices apportés par la LC-OCT tandem permettent de généraliser l'adoption de cette technique d'imagerie par les professionnels de santé, contribuant ainsi aux progrès dans le domaine médical
Analyse mathématique et numérique de méthodes de plongement en mécanique quantique
No full textIn this thesis, we propose to study the mathematical and numerical properties of certain embedding methods in quantum mechanics. The principle of these methods lies in the approximation of a large quantum system into a collection of self-consistent subsystems. This strategy makes it possible to overcome the practical limitations inherent in the N-body problem, and to describe certain properties of strongly correlated electronic systems.The first part sets out the mathematical framework and introduces the two methods studied in this thesis: Dynamical Mean-Field Theory (DMFT), which deals with one-body quantum Green's functions, and Density Matrix Embedding Theory (DMET), which deals with the one-body reduced density matrix.We then present an analysis of the DMET equations, in which we demonstrate the existence and uniqueness of a "physical" solution in the weakly interacting limit. The quality of the approximation is also studied in this limit: the first-order accuracy of the DMET approximation in terms of the electron interaction parameter is shown. Numerical results show the applicability of the theorems demonstrated, and underline the importance of the assumptions formulated.The DMFT equations are studied in the following section, in the framework of the approximation of the impurity solver "Iterated Perturbation Theory (IPT)". Our analysis shows the existence of solutions to these equations, using an original reformulation of the latter in terms of a fixed-point problem in the space of certain positive measures.Finally, we study the properties of a discrete version of the IPT-DMFT equations, giving existence and uniqueness results for the solution. Numerical simulations implemented on the Hubbard model reveal the interest and properties of this method in the study of a strong correlations effect: the Mott transition.Dans cette thèse, on se propose d'étudier les propriétés mathématiques et numériques de certaines méthodes de plongement en mécanique quantique. Le principe de ces dernières réside dans l'approximation d'un grand système quantique en une collection de sous-systèmes auto-cohérents. Cette stratégie permet d'outrepasser les limitations pratiques inhérentes du problème à N-corps, et de décrire certaines propriétés de systèmes électroniques fortement corrélés. La première partie pose le cadre mathématique et introduit les deux méthodes étudiées dans cette thèse : d'une part la Théorie du Champ Moyen Dynamique (DMFT), s'intéressant aux fonctions de Green quantiques à un corps, et d'autre part la Théorie du Plongement de la Matrice Densité (DMET), portant sur la matrice densité réduite à un corps. On présente alors une analyse des équations DMET, où l'on démontre l'existence et l'unicité d'une solution « physique » dans la limite faiblement interagissante. La qualité de l'approximation réalisée est aussi étudiée dans cette limite : on montre l'exactitude au premier ordre, en le paramètre d'interaction entre les électrons, de l'approximation DMET. Des résultats numériques présentent l'applicabilité des théorèmes démontrés, et soulignent l'importance des hypothèses formulées. Les équations DMFT sont étudiées dans la partie suivante, dans le cadre de l'approximation du solveur d'impureté « IPT ». Notre analyse montre l'existence de solutions à ces équations, à l'aide d'une reformulation originale de ces dernières en termes d'un problème de point-fixe dans l'espaces de certaines mesures positives. Enfin, on étudie les propriétés d'une version discrète des équations IPT-DMFT, en donnant des résultats d'existence et d'unicité de la solution. Des simulations numériques réalisées sur un modèle de Hubbard révèlent l'intérêt et les propriétés de cette méthode dans l'étude d'un effet de fortes corrélations: la transition de Mott
Synthèse d'Observateurs pour les Systèmes Hybrides
No full textObservers are algorithms used to estimate in real time the state of a system from its measured outputs and known inputs, for purposes such as control or diagnosis. While there is extensive literature on observer designs for nonlinear continuous- and discrete-time systems, the results for hybrid systems---those exhibiting continuous flows or discontinuous jumps---are often limited to specific classes like switched systems. Thus, the design of state estimation schemes robust against uncertainties is crucial for this broad class of systems. This Ph.D. work aims to address this gap by developing theoretical frameworks and applications in robotics and non-smooth dynamics.The first part of this thesis presents robust observers for nonlinear discrete-time systems, including a discrete-time version of the classical high-gain observer and the Kravaris-Kazantzis/Luenberger (KKL) observer. These observers, applied to the permanent magnet synchronous motor, show improved performance when designed based on a strategically discretized model of the system.The second part focuses on hybrid systems with known jump times. When the system has linear maps, we propose a systematic Kalman-like observer that combines information from flows and jumps through its unique covariance matrix. When the maps are nonlinear, we rely on Lyapunov-based conditions to couple observers to estimate parts of the state that have different observability properties, exploiting the fictitious measurement coming from the flow-jump combination. The discrete-time observers developed in the first part are exploited here as the jump-based component of the hybrid observer. These are applied in robotics to estimate uncertainties in sensors and walking robots.The third part explores hybrid systems with unknown jump times. Under certain conditions, we transform the hybrid system into a continuous-time stable filter of the output where an observer is readily designed, then recover the estimate by inverting this transformation, allowing estimation without detecting the jumps. An application for estimating friction forces in the stick-slip phenomenon with the help of neuron networks is presented.Les observateurs sont des algorithmes utilisés pour estimer en temps réel l'état d'un système à partir de ses sorties mesurées et de ses entrées connues, à des fins telles que le contrôle ou le diagnostic. Bien qu'il existe une littérature abondante sur les conceptions d'observateurs pour les systèmes dynamiques non linéaires en temps continu et discret, les résultats pour les systèmes hybrides---ceux présentant le flot continu ou des sauts discontinus---sont souvent limités à des classes spécifiques comme les systèmes à commutation. Ainsi, la conception de schémas d'estimation d'état robustes aux incertitudes est cruciale pour cette large catégorie de systèmes. Ce travail de doctorat vise à combler cette lacune en développant des cadres théoriques et des applications en robotique et en dynamique non lisse.La première partie de cette thèse présente des observateurs robustes pour les systèmes non linéaires en temps discret, incluant une version en temps discret de l'observateur classique grand gain et l'observateur Kravaris-Kazantzis/Luenberger (KKL). Ces observateurs, appliqués au moteur synchrone synchrone à aimants permanents, montrent une amélioration des performances lorsqu'ils sont conçus sur la base d'un modèle discrétisé stratégiquement du système.La deuxième partie se concentre sur les systèmes hybrides avec des instants de saut connus. Lorsque le système possède des dynamiques linéaires, nous proposons un observateur systématique de type Kalman qui combine les informations du flot et des sauts grâce à sa matrice de covariance unique. Lorsque les dynamiques sont non linéaires, nous nous appuyons sur des conditions basées sur Lyapunov pour coupler des observateurs afin d'estimer des parties de l'état ayant différentes propriétés d'observabilité, en exploitant la mesure fictive provenant de la combinaison du flot et des sauts. Les observateurs en temps discret développés dans la première partie sont ici exploités comme composante basée sur les sauts de l'observateur hybride. Ceux-ci sont appliqués en robotique pour estimer les incertitudes dans les capteurs et les robots marcheurs.La troisième partie explore les systèmes hybrides avec des temps de saut inconnus. Sous certaines conditions, nous transformons le système hybride en un filtre stable en temps continu de la sortie où un observateur est facilement conçu, puis récupérons l'estimation en inversant cette transformation, permettant l'estimation sans détecter les sauts. Une application pour l'estimation des forces de frottement dans le phénomène de stick-slip avec l'aide des réseaux de neurones est présentée
Vélocimétrie par flot optique en temps réel, haute fréquence et haute résolution. Application à la surveillance et au contrôle d'écoulements
No full textLive Optical Flow Velocimetry (L-OFV) is a non-intrusive measurement technique that allows for the estimation of velocity fields from images of particle displacement. The method is based on the Lucas-Kanade algorithm and enables the estimation of dense velocity fields (1 vector per pixel). This measurement technique produces rich velocity fields and allows for massive parallelization of the calculations on GPUs (Graphics Processing Unit), resulting in the capability of extracting the information in real-time, while the experiment is ongoing. L-OFV also allows for the resolution of smaller scales than traditional Cross-Correlation Particle Image Velocimetry (CCPIV) methods, since it is capable of resolving localized large gradients of displacements. LOFV was applied to study the flow downstream of a backward-facing step (BFS). The improvement in spatial resolution of the velocity fields and the instantaneous computations of velocity fields opened the door to new types of experiments based on unlimited measurements. Using these unique features, vast experimental campaigns, aiming at characterizing the natural flow and controlling it, were carried out.The natural dynamics of the BFS flow were studied through a mapping of various horizontal measurement planes downstream of the BFS and 32 Reynolds numbers that cover the full range of Reynolds numbers of the experiment. The results from the study suggest the existence of low-frequency phenomena that were measured using L-OFV. It was possible to extract and record information from velocity fields-derived quantities for tens of hours, both on the local and global scale. This series of experiments represents, to our knowledge, a world first, overcoming the experimental time limits that are intrinsic to the standard CC-PIV (Cross-Correlation Particle Image Velocimetry) methods currently used in most fluid mechanics laboratories. The improved spatial resolution also allowed the characterization of finer details of the flow, revealing new physical phenomena.Moreover, it became possible to monitor various instantaneous quantities, at high frequencies, for as long as needed. This new capacity allowed unique experiments aiming at searching for rare and/or extreme events in the BFS flow. Choosing the right criteria and running measurements for hours, we discovered rare highly energetic events occurring no more than once per hour. This is also an important result and a world first, only made possible by the L-OFV.Flow control experiments using counter-rotating jet vortex generators (CRJVG) were also carried out. Indeed, it was shown that spanwise natural modulations occur in the natural flow for all Reynolds numbers, suggesting that using spanwise time-dependent 3D perturbations upstream of the BFS may be a good control strategy. A comprehensive study regarding the control parameters, (amplitude, frequency, and spatial wavelength of the perturbation) was conducted, gaining more insights into how the fluid flow responds to different perturbations and the possible underlying mechanisms that make the flow receptive to one perturbation or another. It was found that it is indeed possible to maximize the reduction of the flow separation using the proper spanwise modulation and pulsation frequency.In general, the work presented in this thesis demonstrates the application of the L-OFV system under a wide variety of measurement conditions, proving the unmatched effectiveness and performance of this new optical velocimetry platform. The BFS flow was studied in different planes and for many Reynolds numbers, finding evidence of very low-frequency events and the occurrence of rare/extreme events. The control method, based on an upstream modulation of the incoming boundary layer, has been validated, leading to large reductions of the separated flow downstream of the BFS.La vélocimétrie par flot optique (L-OFV) est une technique de mesure non intrusive permettant d’estimer les champs de vitesse à partir des images de déplacement des particules. Basée sur l'algorithme de Lucas-Kanade, elle permet d'obtenir des champs de vitesse denses (1 vecteur par pixel). Cette méthode offre une riche résolution spatiale et permet une parallélisation massive des calculs sur GPU, ce qui rend possible l'extraction des informations en temps réel, durant l’expérience. L-OFV résout des échelles plus petites que les méthodes de vélocimétrie par imagerie de corrélation croisée des particules (CCPIV), car elle gère de grands gradients localisés de déplacements. L-OFV a été appliquée à l’étude de l’écoulement en aval d’une marche descendante (BFS). L’amélioration de la résolution spatiale et le calcul instantané des champs de vitesse ont permis de nouvelles expériences avec des mesures illimitées. Ces capacités uniques ont permis de vastes campagnes expérimentales visant à caractériser et contrôler l’écoulement naturel.La dynamique naturelle de l’écoulement BFS a été étudiée à travers une cartographie de divers plans de mesure horizontaux et 32 nombres de Reynolds couvrant toute la gamme expérimentale. Les résultats suggèrent l’existence de phénomènes à basse fréquence, mesurés via L-OFV. Il a été possible d’extraire et d’enregistrer des informations dérivées des champs de vitesse pendant des dizaines d’heures à l’échelle locale et globale. Ces expériences représentent une première mondiale, en dépassant les limites temporelles des méthodes CCPIV classiques. La résolution spatiale accrue a également permis de caractériser plus finement l'écoulement, révélant de nouveaux phénomènes physiques.En outre, la capacité à surveiller en continu diverses quantités instantanées à haute fréquence a permis des expériences uniques. Cela a conduit à la découverte d’événements rares et très énergétiques, se produisant tout au plus une fois par heure, une découverte rendue possible uniquement par L-OFV.Des expériences de contrôle de l’écoulement à l’aide de générateurs de vortex à jets contrarotatifs (CRJVG) ont également été menées. Les modulations naturelles de l'écoulement transversal observées pour tous les nombres de Reynolds suggèrent qu’une perturbation tridimensionnelle et temporelle en amont du BFS est une stratégie de contrôle efficace. Une étude complète des paramètres de contrôle (amplitude, fréquence et longueur d’onde spatiale) a apporté des éclairages sur la réceptivité de l'écoulement à différentes perturbations. Il a été confirmé qu'il est possible de maximiser la réduction de la séparation de l'écoulement grâce à une modulation transverse et une fréquence de pulsation adaptées.En conclusion, ce travail démontre l’efficacité de la plateforme L-OFV dans diverses conditions de mesure. L’écoulement BFS a été étudié sous différents angles et nombres de Reynolds, mettant en lumière des événements à très basse fréquence et rares. La méthode de contrôle par modulation de la couche limite en amont a été validée, aboutissant à une réduction significative de l’écoulement séparé en aval de la BFS
Modélisation expérimentale et numérique des écoulements et du transport sédimentaire dans les réservoirs peu profonds
No full textShallow reservoirs are widely used in hydraulic engineering, whether for temporary water storage, or as settling basins. Many of these reservoirs have a relatively simple geometric configuration (i.e., rectangular), but exhibit complex flow phenomena (i.e., eddies, recirculation zones, attached or oscillating jets) and even instable flow patterns. This impacts the sediment transport and sedimentation (e.g., deposition rate, location), and thus the operational efficiency of reservoirs. The objective of this thesis is to enhance our understanding of the physical hydro-sedimentary processes in shallow reservoirs through experimentation and numerical modeling. Design of the laboratory setup was inspired by real basins and was carried out based on dimensional analysis and preliminary numerical simulations using the open source two-depth averaged model TELEMAC-2D (2D) and three-dimensional (3D) model TELEMAC-3D. A series of forty-two (42) experiments with clear water and fifteen (15) experiments with inlet sediment injection were conducted. Velocity fields were measured using the LSPIV (Large Scale Particle Image Velocimetry) technique as well as intrusive probes such as the ADV (Acoustic Doppler Velocimeter) and ADVP (Acoustic Doppler Velocimeter Profiler). This later technique allowed precise and advanced evaluation of average velocities and flow turbulent characteristics. Sedimentation within the reservoir was mapped using an echosounder, while the time-evolution of deposit pattern was analyzed through image processing. These experiments helped to clarify the impact of inlet boundary conditions (open channel vs pressurized jet), geometric (short vs long reservoirs), hydraulic and sediment conditions. Using the experimental data, the software code_saturne was used to assess the capability of turbulence models, both low and high Reynolds numbers, to observed replicate stable and unstable flow patterns. Finally, a real-world case was stimulated using TELEMAC-2D coupled with its sediment transport module GAIA.Les retenues (i.e., réservoirs) peu profondes sont largement utilisées en ingénierie hydraulique (e.g., stockage temporaire de l'eau, bassins de décantation), et bien qu’elles soient en général de géométrie relativement simple (e.g., rectangulaire), les écoulements y sont souvent complexes (e.g., recirculations, jets rattachés ou oscillants, ) voire instables. Ceci impacte le transport solide et la sédimentation (e.g., taux de déposition, localisation), et en conséquence l’efficacité opérationnelle des retenues. L’objet de ces travaux de thèse est d’améliorer nos connaissances sur les processus physiques hydro-sédimentaires dans les réservoirs peu profonds, en combinant l’expérimentation en laboratoire et la modélisation numérique. La conception des configurations expérimentales s’est inspirée de retenues réelles et a été réalisée à partir d’analyse dimensionnelle et de pré-simulations numériques avec le code numérique bi-dimensionnel (2D) et tri-dimensionnel (3D) à surface libre TELEMAC-2D et TELEMAC-3D. Au total quarante-deux (42) expériences avec de l’eau claire et quinze (15) expériences avec une injection sédimentaire en amont ont été effectuées. Le champ des vitesses a été mesuré avec la technique LSPIV (Large Scale Particle Image Velocimetry) ainsi que des sondes intrusives de types ADV (Acoustic Doppler Velocimeter) et ADVP (Acoustic Doppler Velocimeter Profiler). Cette dernière technique a permis d’évaluer de manière précise et avancée les vitesses moyennes ainsi que les caractéristiques turbulentes de l’écoulement. La sédimentation a été cartographiée à l’aide d’échosondeur, alors que l’évolution spatio-temporelle des dépôts a été analysée par traitement d’images. Les expériences ont permis de clarifier l’effet des conditions aux limites (canal à surface libre vs conduite sous pression), des conditions géométriques (réservoir court vs réservoir long), hydrauliques ou encore sédimentaires. Les travaux numériques ont été menés en utilisant code_saturne afin d’évaluer la capacité des modèles de turbulence bas et haut Reynolds de premier et second ordre à reproduire les typologies d’écoulement observés dans une sélection d’expériences. Finalement, un exemple d’application sur un cas réel a été simulé à l’aide de TELEMAC-2D couplé avec son module de transport solide GAIA
Effets de la pollution de l’eau et de la chaleur sur la santé en Inde
No full textThis dissertation comprises three empirical essays on environmental and health economics in the context of India. Two chapters focus on the effect of water pollution on infant mortality, while the other investigates the effect of heat stress on anemia prevalence in children and adults. A common objective of the chapters is to estimate the effect of environmental damage on health, relying on new datasets, and to provide a cost evaluation of these effects.The first chapter investigates the effects of urban sewage treatment on water quality and downstream infant mortality in India. I exploit the staggered introduction of urban sewage treatment plants over the period 2010-2020 using the difference-in-differences method. I show that after starting wastewater treatment, levels of fecal coliforms – a commonly used measure of fecal contamination in water – de-creased in average by 50%. Mortality under the age of six months declined by 20% downstream of the plants, with larger effects for boys and children from the bottom wealth quintiles. The results are consistent across several estimators robust to heterogeneous treatment effects, are not driven by selective migration, and are only found downstream of the plants, which rules out confounding effects from other local policies. Applying my results to a back-of-the-envelope calculation, the cost per life saved is INR 6 million and he cost per disability-adjusted life year (DALY) averted is INR 85k ([dollar]1,330in 2015).The second chapter analyzes the relationship between heat exposure and anemia in India over the past decade. We match blood hemoglobin measures from nearly 259,000 children, 901,000 women and 138,000 men to two different measures of exposure to heat, based respectively on air temperature and wet-bulb temperature. We document an inverted U-shaped relationship between temperature exposure over the past 30 days and hemoglobin levels. Being exposed to a mean air temperature above 33°C, relative to 17-21°C, reduces hemoglobin, and increases anemia prevalence significantly, for children, women, and men. The mechanisms responsible do not seem to be related to reduced food availability, but malaria and direct effects, such as hyperthermia, could explain part of the relationship between temperature and anemia. Our cost estimation of an additional degree of warming, in the most severely affected bin, suggests that the morbidity costs of extreme temperature exposure could be higher than previously measured using data from medical visits.The third chapter explores the relationship between fertilizer runoff, nitrogen concentration in water, and perinatal health. We document that nitrate levels in many groundwater sources surpass established standards, in contrast to rivers. We find that nitrate concentrations exceeding the Indian government threshold correlate with an increase in neonatal mortality and in child mortality. Finally, we provide evidence that, on average, exposure to nitrogen from fertilizers applied within the district of birth during the first trimester of pregnancy increases neonatal mortality by around 2%. Heterogeneity analysis suggests that this effect is higher for children born in households primarily drinking groundwater, as well as in household that do not treat drinking water and live in rural areas. Aback-of-the-envelope calculation suggests that the cost associated with neonatal mortality may surpass benefit on crop yield.Cette thèse comprend trois essais empiriques en économie de l’environnement et de la santé dans le contexte indien. Deux chapitres se concentrent sur l’effet de la pollution de l’eau sur la mortalité infantile, tandis que le troisième étudie l’effet de l’exposition à la chaleur sur la prévalence de l’anémie chez les enfants et les adultes. L’objectif commun des chapitres est d’estimer l’effet des dommages environnementaux sur la santé, en s’appuyant sur de nouveaux jeux de données, et de fournir une évaluation des coûts de ces effets.Le premier chapitre étudie les effets du traitement des eaux usées urbaines sur la qualité de l’eau et la mortalité infantile. J’exploite la mise en opération de stations d’épuration sur la période 2010-2020 en utilisant la méthode des doubles différences. Après le début du traitement des eaux usées, les niveaux de coliformes fécaux - une mesure couramment utilisée de la contamination fécale de l’eau – sont réduits en moyenne de 50 %. La mortalité des enfants de moins de six mois a diminué de 20 % en aval des stations, les effets étant plus marqués pour les garçons et les enfants issus des plus bas quintiles de richesse. Les résultats sont cohérents entre plusieurs estimateurs, ne sont pas dus à une migration sélective et ne sont observés qu’en aval des stations, ce qui exclut des effets dus à d’autres politiques locales. En appliquant mes résultats à un calcul d’enveloppe, le coût par vie sauvée est de INR 6 millions et le coût par année de vie corrigée de l’incapacité (DALY) sauvée est de 85 000 INR (1 330 USD en 2015).Le deuxième chapitre analyse la relation entre l’exposition à la chaleur et l’anémie en Inde au cours de la dernière décennie. Nous associons les mesures de l’hémoglobine sanguine de près de 259 000 enfants, 901 000 femmes et 138 000 hommes à deux mesures différentes de l’exposition à la chaleur, basées sur la température de l’air et la température humide. Nous documentons une relation en forme de U inversé entre l’exposition à la température au cours des 30 derniers jours et les niveaux d’hémoglobine. Être exposé à une température moyenne de l’air supérieure à 33°C, par rapport à 17-21°C, réduit significativement les niveaux d’hémoglobine, et augmente significativement la prévalence de l’anémie pour les enfants, les femmes et les hommes. Les mécanismes responsables ne semblent pas être liés à une variation de régime alimentaire, mais le paludisme et les effets directs, tels que l’hyperthermie, pourraient expliquer une partie de la relation entre la température et l’anémie. Notre estimation du coût d’un degré supplémentaire de réchauffement, dans la tranche la plus gravement affectée, suggère que les coûts de morbidité liés à l’exposition à des températures extrêmes pourraient être plus élevés que ceux précédemment mesurés à l’aide de données provenant du nombre de visites médicales.Le troisième chapitre explore la relation entre le ruissellement des engrais, la concentration d’azote dans l’eau et la santé périnatale. Nous constatons que les niveaux de nitrate dans de nombreuses sources d’eau souterraine dépassent les normes établies, contrairement aux rivières. Nous trouvons que des concentrations de nitrate dépassant le seuil fixé par le gouvernement indien sont corrélées à une augmentation de la mortalité néonatale et de la mortalité infantile. Enfin, nous montrons que, en moyenne, l’exposition à l’azote provenant des engrais appliqués dans le district de naissance pendant le premier trimestre de grossesse augmente la mortalité néonatale d’environ 2%. Une analyse d’hétérogénéité suggère que cet effet est plus élevé pour les enfants nés dans des ménages consommant principalement de l’eau souterraine, ainsi que dans les ménages ruraux, et dans ceux qui ne traitent pas l’eau de boisson. Un calcul d’enveloppe suggère que le coût associé à la mortalité néonatale pourrait dépasser le bénéfice sur le rendement des cultures
Analyse du comportement des tunnels, enrichie par des outils d’intelligence artificielle
No full textTunnel design relies on multiple approaches. Analytical and empirical formulations are reliable and useful for rapid estimations. Numerical modeling enables to overcome too restrictive assumptions and may be required in complex situations. However, additional efforts are needed to improve the robustness of these approaches. Especially, the time-dependent effects need to be better described to evaluate the long-term behavior of tunnels and there is a need for new constitutive models. Furthermore, to analyze the increasing amount of measurements collected during tunnelling, new techniques must be developed. Machine learning appears to be a promising field as previously unknown relationships between observations and measurements can be established. Thus, in this thesis, analytical, numerical, and data-driven approaches are emphasized to analyze the behavior of tunnels, both in the short term and in the long term. By combining these methods, a global framework for tunnel design is developed.On the one hand, an original approach is presented for the back-analysis of convergence measurements in deep tunnels to determine the constitutive parameters of the surrounding rock mass. Since time-dependent deformations can result from both the advance of the face and the delayed response of the ground, the two effects must be considered during excavations. To that end, new analytical solutions are derived by assuming an unlined circular tunnel excavated in a homogeneous isotropic ground under an initial isotropic stress field and assuming a fractional viscoelastic plastic behavior. Combining the closed-form solution that takes into account the progressive face advance and an empirical approach, convergences are back-analyzed based on a least-squares optimization method to calibrate the constitutive parameters of the ground. The presented process aims to characterize the short-term and long-term behavior of tunnels and offers the advantage of being applicable during the excavation phase as soon as convergence measurements are available. The method is illustrated by two case studies related to the Fréjus road tunnel and the Saint-Martin-la-Porte access gallery (SMP2). Additionally, the ground-lining interaction is studied through the development of an analytical solution for a lined tunnel excavated in a fractional viscoelastic ground.On the other hand, the potential use of artificial intelligence is explored. To this end, three machine learning tools are built based on synthetic data to predict both the short-term and the long-term behavior of the ground. The first model aims to assess the support pressure and the radial displacement at equilibrium in the lining and the radial displacement that occurs close to the face at the installation distance of the support. The second model computes the extrusion occurring at the core of the face considering an unlined gallery. The last model includes the time-dependent effect in the analysis to evaluate the ground-lining interaction in the long term. In particular, the bagging method is applied to neural networks to enhance generalization. Good performance is obtained using relatively scarce datasets. The modeling of the surrogate models is explained from the creation of the synthetic datasets to the evaluation of their performance and their limitations are discussed. In practice, these machine learning tools should be helpful in the field during the excavation phase.La conception des tunnels repose sur de multiples approches. Les formulations analytiques et empiriques sont fiables et utiles pour des estimations rapides. La modélisation numérique permet de surmonter les hypothèses trop restrictives et peut s'avérer nécessaire dans des situations complexes. Cependant, des efforts supplémentaires sont nécessaires pour améliorer la robustesse de ces approches. En particulier, les effets dépendant du temps doivent être mieux décrits pour évaluer le comportement à long terme des tunnels et de nouveaux modèles constitutifs sont nécessaires. De plus, de nouvelles techniques doivent être développées pour analyser la quantité croissante de mesures collectées pendant le creusement des tunnels. L'apprentissage automatique semble être un domaine prometteur car des relations jusqu'alors inconnues entre les observations et les mesures peuvent être établies. Ainsi, dans cette thèse, des approches analytiques, numériques et fondées sur les données sont étudiées pour analyser le comportement des tunnels, à la fois à court terme et à long terme. En combinant ces méthodes, un outil global est développé pour aider à la conception des tunnels. D'une part, une approche originale fondée sur une analyse inverse des mesures de convergence dans les tunnels profonds est présentée afin de déterminer les paramètres constitutifs de la roche environnante. Comme l'augmentation des déformations et des contraintes dans le temps est due à la fois à l'avancement du front de taille et à la réponse différée du terrain, ces deux effets doivent être pris en compte simultanément pendant les travaux d'excavation. À cette fin, de nouvelles solutions analytiques sont développées pour un tunnel circulaire non revêtu creusé dans un sol homogène isotrope sous un champ de contraintes initial isotrope et en supposant un comportement plastique viscoélastique fractionnaire. En combinant la solution analytique qui prend en compte l'avancement progressif du front et une approche empirique, une analyse inverse des convergences est réalisée au moyen d'une méthode d'optimisation aux moindres carrés afin de calibrer les paramètres constitutifs du terrain. Le processus présenté vise à caractériser le comportement à court et à long terme des tunnels et offre l'avantage d'être applicable pendant la phase d'excavation dès que les mesures de convergence sont disponibles. La méthode est illustrée par deux études de cas relatives au tunnel routier du Fréjus et à la galerie d'accès de Saint-Martin-la-Porte (SMP2). De plus, l'interaction entre la roche et le revêtement est étudiée à travers le développement d'une solution analytique pour un tunnel soutenu excavé dans un terrain viscoélastique fractionnaire. D'autre part, l'utilisation potentielle de l'intelligence artificielle est explorée. À cette fin, trois outils d'apprentissage automatique sont développés à partir de données synthétiques pour prédire le comportement à court et à long terme des tunnels. Le premier modèle vise à évaluer la pression et le déplacement radial à l'équilibre dans le soutènement ainsi que le déplacement radial se produisant près du front à la distance d'installation du support. Le second modèle est destiné à calculer l'extrusion se produisant au front de taille dans le cas d'une galerie non revêtue. Un dernier modèle inclut l'effet du temps dans l'analyse afin d'évaluer l'interaction entre le terrain et le revêtement à long terme. En particulier, la méthode du bagging est appliquée à un réseau de neurones pour améliorer la capacité de généralisation. Une bonne performance est obtenue en utilisant des ensembles de données relativement petits. La modélisation des modèles de substitution est expliquée depuis la création des ensembles de données synthétiques jusqu'à l'évaluation de leurs performances, et leurs limites sont discutées. En pratique, ces outils d'apprentissage automatique devraient être utiles sur le terrain pendant la phase d'excavation
Caractérisation, impacts, et gestion de la variabilité climatique sur l'activité des entreprises européennes
No full textIn the context of tightening regulations, European companies are facing increasing challenges in managing physical climate risks. The CSRD directive now requires businesses to assess the impact of these risks on their operations, making precise and actionable solutions essential. This thesis aims to address these requirements by developing a Climate Vulnerability Assessment (DVC), designed to evaluate and quantify physical climate risks for each geolocated asset of a company. The methodology is based on the analysis of climate data and the calculation of climate indicators using the latest reanalysis models and climate projections. These indicators enable the development of specific metrics, such as climate anomalies and accelerations, to more accurately assess the impact of physical climate risks. The DVC thus serves as a key tool for designing adaptation strategies to climate risks, with a particular focus on flood risks.Dans un contexte de durcissement des réglementations, les entreprises européennes sont confrontées à des défis croissants concernant la gestion des risques climatiques physiques. La directive CSRD exige désormais des entreprises qu’elles évaluent l'impact de ces risques sur leurs activités, rendant indispensables des solutions précises et exploitables. Cette thèse propose de répondre à ces exigences en développant un Diagnostic de Vulnérabilité Climatique (DVC), destiné à évaluer et quantifier les risques climatiques physiques pour chaque actif géolocalisé d'une entreprise. La méthodologie s'appuie sur l'analyse de données climatiques et le calcul d'indicateurs climatiques en utilisant les modèles de réanalyses et de projections climatiques les plus récents. Ces indicateurs permettent d'élaborer des métriques spécifiques, telles que les anomalies et les accélérations climatiques, afin d’évaluer plus précisément l'impact des risques climatiques physiques. Le DVC constitue ainsi un outil clé pour la conception de stratégies d'adaptation aux risques climatiques, avec une attention particulière portée aux risques d'inondation
Développement de revêtements interférentiels pour des imageurs X à haute résolution
No full textInertial Confinement Fusion (ICF) is a preferred experimental approach to access extreme matter conditions, through the implosion of a laser-driven target. To characterize the implosion symmetry, a micrometer-resolution microscope, operating in the hard X-ray range, is being developed by the CEA (Commissariat à l'énergie atomique). TXI (Toroidal X-ray Imager), which will be installed at the NIF (National Ignition Facility), is a Wolter-type X-ray diagnostic where conical mirrors are replaced by toroidal mirrors. It is also a multi-channel diagnostic, operating at a nominal grazing angle of 0.6°, allowing imaging at 8.7 keV, 13 keV, and 17.5 keV. The required thicknesses of the multilayer coatings must become increasingly thin to image these energies. Different multilayer formulas (alternating two materials whose total period allows reflection of a certain wavelength, according to Bragg's law) have been optimized to meet TXI's specifications. The instrument's optical response was simulated using ray-tracing software. The coatings were then produced by sputtering deposition. For the next phase of the thesis, a preliminary study was conducted on designing an imager capable of operating up to 60 keV, as well as a pre-study on HiPIMS (High Power Impulse Magnetron Sputtering) technology to assess its benefits for thin-film quality.La FCI (fusion par confinement inertiel) est une voie privilégiée pour accéder expérimentalement aux conditions extrêmes de la matière, via l'implosion d'une cible par laser. Pour caractériser la symétrie d'implosion, un microscope de résolution micrométrique, opérant dans le domaine des rayons X durs, est développé par le CEA (Commissariat à l'énergie atomique). TXI (Toroidal X-ray Imager) qui sera installé au NIF (National Ignition Facility) est un diagnostic X de type Wolter, où les miroirs coniques sont remplacés par des miroirs toriques. Il est également un diagnostic multicanal, fonctionnant à un angle de rasance nominal de 0.6°, et permettant d'imager des énergies de 8.7 keV, 13 keV et 17.5 keV. Les épaisseurs requises de revêtements multicouches doivent être de plus en plus fines pour imager ces énergies. Différentes formules de multicouches (alternances de deux matériaux dont la période totale permet de réfléchir une certaine longueur d'onde, conformément à la loi de Bragg) ont été optimisés, afin de satisfaire le cahier des charges de TXI. La réponse optique de l'instrument a été simulée à l'aide d'un logiciel de tracé de rayon. Les revêtements ont ensuite été réalisés par pulvérisation cathodique. Pour la suite de la thèse, une pré-étude sur la conception d'un imageur fonctionnant jusqu'à 60 keV a été menée, ainsi qu'une pré-étude sur la technologie HiPIMS (High Power Impulse Magnetron Sputtering) pour en étudier les bénéfices sur la qualité des films minces
Vers une approche multi-échelles dans les exercices de prospective long-terme
No full textLong-term energy scenario modeling and dispatch simulations are two key stages in the methodology for a cost-effective transition to a low-carbon power system. Although these stages are equally important, they are often performed independently. This decoupled approach can lead to future investment trajectories decided by long-term energy models with no guarantee of a reliable electricity supply. To tackle this problem, the aim of this PhD is to develop a multi-scale framework using a multi-model approach to address European power system adequacy requirements in the long term.Les exercices de prospective long-terme et les simulations de l’équilibre offre-demande sont deux éléments clefs de la planification/opération `a moindre coût du système électrique. Le premier vise `a déterminer une trajectoire d’investissements `a partir de scénarios exogènes d’évolution du contexte énergétique global. En revanche, le second a pour but principal de diagnostiquer les risques de défaillance possibles, `a parc de production donné. Malgré leur évidente proximité, ces exercices sont souvent port´es et mis en œuvre de fa¸con complètement indépendante. Cette approche totalement découplée conduit les prospectivistes `a proposer des plans long-terme sans aucune analyse pertinente du risque de défaillance. Symétriquement, les études d’équilibre offre-demande `a moyen-terme (cinq `a dix ans) sont confrontées aux plus grandes difficultés lorsqu’il s’agit de valider la rentabilité des investissements nécessaires pour ”passer la pointe”. Il s’agit dans cette thèse de questionner dans une démarche prospective les exigences de robustesse du futur système électrique conformément au critère de défaillance réglementaire. Cela passe par le développement d’une approche multi-échelle qui concilie l’échelle temporelle `a long terme, caractéristique de la planification optimale, avec l’échelle `a court terme propre `a l’opération du système électrique. Cette approche permettra ainsi de trouver, pour un scénario de transition donné, une trajectoire d’investissement fiable respectant le critère de défaillance réglementaire. Ce travail vise `a combiner pleinement les forces des outils de modélisation du Centre des Mathématiques Appliquée des Mines de Paris (l’outil de planification optimale d’investissements : TIMES) et de RTE (l’outil de placement optimale de production : ANTARES), afin de relever le défi de la planification adéquate de la transition du système électrique. Techniquement, cette thèse proposera la construction d’un modèle multi-échelle bas´e sur un couplage bidirectionnel des deux outils, applique´ ensuite au système électrique interconnecte´ européen pour la trajectoire 2020-2050