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Étude expérimentale et théorique des effets photo-thermiques ultra-rapides dans des réseaux de nanoparticules - application au contrôle local de la chimie de surface
No full textThe excitation of metal nanoparticles through short pulses of lightinduces localized photo-thermal effects capable of altering their surface chemistry. Thisresearch aims to investigate and harness these effects for the precise manipulation ofmolecule distribution on nanoparticles at a local level. Initially, employing both pumpprobespectroscopy measurements and a thermo-optical numerical model with minimalfree parameters, we outlined the heterogeneous nature of photo-thermal effects withinasymmetric cross-shaped nanostructures. Then, a methodology was developed tospecifically label the surface chemistry using silica nanoparticles. This labelingrevealed the localized degradation of molecules on the nanostructure's surface exposedto very short pulses. Under low-power illumination, only molecules within highelectricfield zones undergo degradation, enabling the experimental delineation andvisualization of electric field intensity distribution on the structure surfaces with a fewtens of nanometers resolution. These findings pave the way for the development ofplasmonic sensors optimized for the detection of molecules at very low concentrations.L'excitation de nanoparticules métalliques par des impulsions delumière ultra-brèves génère des effets photo-thermiques localisés capables d'altérer leurchimie de surface. Ce travail de recherche a pour objectif d'étudier et d'utiliser ceseffets dans le but de contrôler localement la distribution de molécules d'intérêt sur lesnanoparticules. Dans un premier temps, l'utilisation conjointe de mesures despectroscopie pompe-sonde et d'un modèle numérique thermo-optique ayant un nombreminimum de paramètres libres ont permis de mettre en évidence l'hétérogénéité deseffets photo-thermiques se produisant dans des nanostructures en forme de croixasymétriques.Par la suite, un protocole permettant de marquer spécifiquement la chimiede surface avec des nanoparticules de silice a été développé. Celui-ci a permis demettre en lumière la dégradation locale de molécules à la surface de nanostructuresilluminées par des impulsions très brèves. Pour une illumination à faible puissance,seules les molécules dans les zones de forts champs électriques sont dégradées. Ainsi,cela permet de marquer et de visualiser expérimentalement la distribution de ce dernierà la surface des structures avec une résolution de quelques dizaines de nanomètres. Cesrésultats ouvrent la voie au développement de capteurs plasmoniques optimisés pour ladétection de molécules en très faible concentration
Contrôle de phase et façonnage d'impulsion de la diffraction de Bragg pour l'optique atomique quantique : des interférences d'ondes de matière à un test d'inégalité de Bell
No full textQuantum mechanics is a theory that describes the behavior of physical systems at the microscopic scale. Fundamentally different from classical physics, it predicts results sometimes contrary to classical intuition, including the phenomenon of entanglement, which suggests that for a system of two entangled particles, each particle cannot be independently described. The measurement of a physical observable on one particle also affects the other, regardless of the distance between the particles, leading to the observation of very strong correlations.One way to characterize an entangled system is to perform a Bell inequality test, which aims to exhibit correlations so strong that they cannot be explained not only by classical theory but by any local hidden variable theory. While such tests have been conducted with photons since the 1980s with the Aspect experiments in Orsay, the project described in this thesis aims to set up a Bell interferometer involving metastable helium atoms entangled in momentum. Starting with atoms prepared in a well-defined quantum state thanks to the phenomenon of Bose-Einstein condensation, pairs of highly correlated atoms are emitted at different momenta through the four-wave mixing process. These atoms are then sent through a two-particle, four-momentum mode interferometer using Bragg diffraction to coherently transfer momentum to the atoms and create atom mirrors and beam splitters.In this thesis, we study in detail Bragg diffraction and its influence on the realization of a Bell interferometer. We propose an original method to control the phase difference imprinted on the atoms between the two involved momentum doublets by temporally modulating the amplitude of the Rabi frequency. This technique is also used to shape the temporal profile of Bragg mirrors and beam splitters to improve their reflectivity and phase properties. A theoretical and experimental study is conducted to determine the achievable performance with these mirrors and beam splitters. Initial interferometric tests are reported (Mach-Zehnder, Ramsey, Hong-Ou-Mandel interferometers), validating the phase control technique in particular and showing promising results for the upcoming realization of a Bell test.La mécanique quantique est une théorie qui décrit le comportement des systèmes physiques à l'échelle microscopique. Fondamentalement différente de la physique classique, elle prédit des résultats parfois contraires à l'intuition classique, et notamment le phénomène d'intrication, qui prévoit que pour un système de deux particules dites intriquées, on ne peut pas décrire chaque particule indépendamment. La mesure d'une observable physique sur une particule affecte également l'autre, quelle que soit la distance entre les particules, donnant lieu à l'observation de très fortes corrélations.Une façon de caractériser un système intriqué est de réaliser un test d'inégalité de Bell, qui consiste à mettre en évidence des corrélations si fortes qu'elles ne peuvent pas être expliquées non seulement par la théorie classique, mais par aucune théorie à variables cachées locale. Si de tels tests ont été réalisés avec des photons depuis les années 1980 avec les expériences d'Aspect à Orsay, le projet décrit dans cette thèse se propose de mettre en place un interféromètre de Bell mettant en jeu des atomes d'hélium métastables intriqués en impulsion. A partir d'atomes préparés dans un état quantique bien défini grâce au phénomène de condensation de Bose-Einstein, des paires d'atomes fortement corrélées sont émises à des impulsions différentes par le processus de mélange à quatre ondes, puis les atomes sont envoyés dans un interféromètre à deux particules et quatre modes d'impulsion. Pour cela, on utilise la diffraction de Bragg, pour transférer de l'impulsion aux atomes de façon cohérente et ainsi former des miroirs et séparatrices à atomes.Dans cette thèse, on étudie en détails la diffraction de Bragg et son influence dans la réalisation d'un interféromètre de Bell. On propose une méthode originale pour contrôler la différence de phase imprimée sur les atomes entre les deux doublets d'impulsion en jeu, en modulant temporellement l'amplitude de la pulsation de Rabi. Cette technique est également mise à profit pour façonner le profil temporel des miroirs et séparatrices Bragg afin d'améliorer leurs propriétés de réflectivité et de phase. Une étude théorique et expérimentale est réalisée pour déterminer les performances accessibles avec ces miroirs et séparatrices. De premiers tests interférométriques sont reportés (interféromètres de type Mach-Zehnder, Ramsey, Hong-Ou-Mandel), validant la technique de contrôle de phase notamment et donnant des résultats prometteurs quant à la réalisation prochaine d'un test de Bell
Validation du dimensionnement d’opérations d’usinage de pièces industrielles sujettes à vibrations à partir de simulations.
No full textIn the automotive industry, the flexibility and dimensions of structural parts for electric mobility, such as battery trays, present new challenges for the implementation of their machining. The potential deflections and vibrations of the part during milling are highly dependent on the nature and location of the clamping points and the tool trajectory. To anticipate problems, optimise choices and analyse the phenomena involved, a digital simulation approach can be a decisive asset. The ability of this simulation to reproduce the observed phenomena with sufficient fidelity to enable choices to be made in an industrial context then needs to be demonstrated.In this thesis work, a numerical approach (via the nessy2m solver) is adopted in order to develop a predictive simulation of the geometry of machined surfaces and cutting forces in a vibratory context. The part under study is an extruded profile inspired by a family of industrial components. Its behaviour is representative of the problems encountered with these components. The fidelity of the simulations in relation to the tests carried out during the thesis is discussed from the point of view of both the numerical parameters and the behaviour models involved in the nessy2m simulation. In particular, the sensitivity of the results to these models is discussed. An approach based on modal work of cutting forces has been elaborated to facilitate the analysis of simulations and the comparison of results obtained for different cutting parameters or machining configurations. The clamping aspects, the modelling of their contributions and the impact of their location are also studied. A key point in obtaining predictive models is the prediction of dissipation at clamping points. An initial approach to taking these phenomena into account is proposed. Finally, a demonstrator case is presented, which induces the appearance of vibrations in an initial configuration of clamping and cutting conditions. The objective is then to define two solutions to reduce system vibrations. The first involves adding an anti-vibration device and the second consist in changing the trajectory.Dans le domaine automobile, les pièces de structure de la mobilité électrique, comme les bacs de batteries, génèrent, de par leur souplesse et leurs dimensions, des difficultés nouvelles lors de la mise au point de leur usinage. Les déflections et vibrations potentielles de la pièce en cours de fraisage sont alors très dépendantes de la nature et de la position des points de bridage ainsi que de la trajectoire de l’outil. Pour anticiper les problèmes, optimiser les choix et analyser les phénomènes présent, une approche par simulation numérique peut alors être un atout décisif. L’aptitude de cette simulation à reproduire les phénomènes observés avec suffisamment de fidélité pour permettre des choix dans un contexte industriel est alors à montrer.Dans ce travail de thèse, une approche numérique (via le solveur nessy2m) est retenue afin de développer une simulation prédictive de la géométrie des surfaces usinées et des efforts de coupe dans un contexte vibratoire. La pièce d’étude considérée est un profilé extrudé qui est inspiré d’une famille de composants industriels. Elle présente un comportement représentatif des problématiques rencontrées sur ces composants. La fidélité des simulations vis-à-vis des essais réalisés durant la thèse est abordée tant du point de vue des paramètres numériques que des modèles constitutifs du modèle global de simulation. La sensibilité des résultats à ces modèles est notamment abordée. Une approche basée sur des travaux modaux des efforts de coupe a été mise en œuvre pour faciliter l’analyse des simulations ainsi que la comparaison de résultats obtenus pour différents paramètres ou configurations d’usinage. Les aspects bridage, modélisation et impacts de leur localisation, sont également étudiés. Pour l’obtention de modèles prédictifs, un point clé est la prédiction des dissipations au niveau des points de bridage. Une première approche de la prise en compte de ces phénomènes est proposée. Enfin, un cas démonstrateur, induisant l'apparition de vibrations dans une configuration initiale de bridage et de conditions de coupe, est présenté. L'objectif sera alors de déterminer deux solutions réduisant les vibrations du système. La première utilise l’ajout d’un anti-vibreur et la seconde consiste en un changement de la trajectoire
Apprentissage à partir de données multimodales pour prédire le pronostic du cancer du sein
No full textBreast cancer is one of the most common cancers worldwide, accounting for 12.5% of new cases each year. In 2022, around 2.3 million women were diagnosed, with over 666,000 deaths. Although electronic health records (EHRs) have revolutionized clinical research by providing valuable data, breast cancer studies rarely exploit free-text medical reports, which nonetheless contain crucial information. This thesis proposes to develop machine and deep learning models to predict breast cancer outcomes using multimodal data (French text reports, laboratory results, clinical descriptors) from a large Institut Curie cohort. Models were built to analyze these modalities separately and then jointly. Results show that the integration of textual and structured data improves the prediction of patients' survival status. Moreover, the analy-sis of predictive factors for patients' survival status opens up new perspectives for a better understanding of underlying mechanisms in breast cancer, and thus, for improving care.Le cancer du sein est l’un des cancers les plus fréquents dans le monde, représentant 12,5 % des nouveaux cas annuels. En 2022, environ 2,3 millions de femmes ont été diagnostiquées, avec plus de 666 000 décès. Bien que les dossiers médicaux électroniques (DME) aient révolutionné la recherche clinique en fournissant des données précieuses, les études sur le cancer du sein exploitent rarement les rapports médicaux en texte libre, qui contiennent pourtant des informations cruciales. Cette thèse propose de développer des modèles d’apprentissage automatique et profond pour prédire les statuts de survie du cancer du sein en utilisant des données multimodales (rapports textuels en français, résultats de laboratoire et descripteurs cliniques) d’une vaste cohorte de l’Institut Curie. Des modèles ont été construits pour analyser séparément puis conjointement ces modalités. Les résultats montrent que l’intégration des données textuelles et structurées améliore la prédiction des statuts de survie des patientes. De plus, l'analyse des facteurs prédictifs des statuts de survie des patients ouvre de nouvelles perspectives pour une meilleure compréhension des mécanismes du cancer du sein et par conséquent, l’amélioration des soins
Évaluation de risque des dérivés climatiques liés au marché de l'énergie.
No full textWith the increasing demand for climate risk transfer financial tools, climate derivatives have gained considerable popularity among both researchers and practitioners. This thesis contributes to deepening the understanding of the risk related to temperature and energy based derivatives.In Chapter 1, we develop a new stochastic volatility model for the average daily temperature that is a natural extension of the Ornstein-Uhlenbeck model proposed by Benth and Benth. This model allows to be more conservative regarding extreme events while keeping tractability. We give a method based on Conditional Least Squares to estimate the parameters on daily data and estimate our model on eight major European cities. We then show how to calculate efficiently the average payoff of weather derivatives both by Monte-Carlo and Fourier transform techniques. This new model allows to better assess the risk related to temperature volatility.In Chapter 2, we focus on quanto derivatives. We develop a coupled model for day-ahead electricity prices and average daily temperature which allows to model quanto weather and energy derivatives. These products are quickly spreading as they enable to hedge against both volumetric and price risks. Electricity day-ahead prices and average daily temperatures are modelled through non homogeneous Ornstein-Uhlenbeck processes driven by a Brownian motion and a Normal Inverse Gaussian Lévy process, which allows to include dependence between them. A Conditional Least Square method is developed to estimate the different parameters of the model and used on real data. Then, explicit and semi-explicit formulas are obtained for derivatives including quanto options and compared with Monte Carlo simulations. Last, we develop explicit formulas to hedge statically single and double sided quanto options by a portfolio of electricity options and temperature options (CDD or HDD).All in all, this study contributes to the establishment of a mathematical framework to better understand risk related to temperature and energy derivatives while answering to both business and research challenges.Face à une demande croissante d'outils financiers permettant de transférer du risque climatique, les dérivés climatiques ont connu un essor important parmi les chercheurs et les professionnels. Cette thèse contribue à l'approfondissement des techniques d'évaluation de risques des produits dérivés liés à la température. Dans le Chapitre 1, nous développons un nouveau modèle de volatilité stochastique pour la température journalière moyenne. Ce modèle constitue un élargissement du modèle classique d'Ornstein-Uhlenbeck proposé par Benth et Benth. Il nous permet d'être plus conservateur en ce qui concerne les événements extrêmes tout en conservant des méthodes de calcul numérique efficaces. Nous estimons les paramètres du modèle à partir de la méthode des moindres carrés conditionnels sur une base de données incluant huit grandes villes européennes. Nous montrons ensuite comment obtenir efficacement la distribution des paiements des dérivés par des techniques de Monte-Carlo et de transformée de Fourier. Ce nouveau modèle permet de mieux capter le risque lié à la volatilité de la température. Dans le Chapitre 2, nous nous concentrons sur les dérivés hybrides, appelés quantos, et liant prix de l'électricité et température moyenne journalière. Ces produits connaissent un grand succès puisqu'ils permettent de se couvrir à la fois contre les risques volumétriques et les risques de prix. Nous développons un modèle couplé. Les sous-jacents sont modélisés par des processus d'Ornstein-Uhlenbeck non homogènes entraînés par un mouvement Brownien et un processus de Lévy Normal Inverse Gaussien, permettant d'inclure la dépendance entre eux. Une méthode des moindres carrés conditionnels est développée pour estimer les différents paramètres du modèle et appliquée sur des données réelles. Ensuite, nous développons des formules explicites et semi-explicites les espérances de paiements des dérivés, y compris les options quantos. Ces résultats sont comparés à des simulations de Monte Carlo. Enfin, nous développons des formules explicites pour couvrir statiquement les options quantos simples et doubles par un portefeuille d'options d'électricité et d'options de température (CDD ou HDD).Dans l'ensemble, cette étude contribue à l'établissement d'un cadre mathématique permettant de mieux comprendre le risque lié aux dérivés de température et d'énergie tout en répondant aux problématiques des professionnels et de la recherche
Le développement de l'automobilité partagée dans les villes : analyse comparée des services et des politiques publiques associées à Londres, Paris, Helsinki et Moscou (1999-2019)
No full textOver the past two decades, urban transportation systems in developed countries, traditionally divided between public transit and private (motorized) transport, have seen the emergence or the development of shared mobility services. Despite their limited share in daily mobility compared to public transit and private car, shared mobility services have experienced accelerated growth and diversification since 2010. Even if some development trends of shared mobility services are seen at the international level, the configurations of urban systems, and the trajectories of services and associated regulations that lead to said configurations, differ according to local contexts. This research aims to analyse how shared mobility services develop in various urban systems and which factors influence their development. It focuses on car-based shared mobility services, such as carsharing, taxi and for-hire services, on the grounds of the growing tensions surrounding the role of the car in urban systems. Focusing on the 20-year period from 1999 to 2019, i.e. 10 years before and 10 years after the emergence of the smartphone, allows this research to shed light on the influence of digital technologies on ongoing transformations. A comparative method was designed specifically for the purposes of this research and applied to four European metropolitan areas: London in the United Kingdom, Paris in France, Helsinki in Finland and Moscow in Russia. This research is based on an extensive documentary analysis completed by 78 semi-structured interviews with representatives of public authorities and car-based mobility services and experts, in all four cities. This research highlights the boom in car-based shared mobility services that has resulted from the development of digital technologies and the acceleration of ongoing transformations, particularly in terms of hybridisation and platformisation of services. In addition, these transformations contribute to reconfigurations in the roles of stakeholders in the construction of urban mobility systems. This research sheds light on the games of (inter)dependence, cooperation, competition and opposition that characterise interactions among stakeholders. These complex and dynamic interactions operate on different scales for both categories of services: more local for carsharing services, where the involvement of stakeholders extends to the co-construction of public policies, and more regional or even national for taxi and for-hire services. Even though in all four case studies, the initial push for development comes from the mobility services, public policies undeniably set the pace for their development. Certain public policies regulating access to public space have almost immediate effects on carsharing services, as do certain deregulation policies for taxi and for-hire services. Finally, the research highlights the multidimensional nature of interactions between stakeholders, which involve a wide variety of spaces and temporalities, each of which is perceived differently by each stakeholder.Durant les deux dernières décennies, les systèmes de mobilité urbains des pays développés, construits autour de la voiture individuelle d'un côté et des transports collectifs de l'autre, ont vu l'apparition ou le développement des services de mobilité partagée. Au fils du temps, les dynamiques de croissance et de diversification de ces services semblent s'accélérer, même s'ils restent marginaux par rapport aux deux modes principaux. Bien que le développement des services de mobilité partagée fasse l'objet de tendances attestées à l'échelle internationale, les configurations des systèmes urbains, et les trajectoires des services et des régulations associées qui y conduisent, se différencient en fonction des contextes territoriaux à l'échelle locale. Cette thèse s'intéresse aux modalités selon lesquelles les services de mobilité partagée se développent dans différents systèmes de mobilité et aux facteurs qui influencent leur développement. Compte tenu des tensions de plus en plus prononcées relatives à la place de l'automobile dans les systèmes urbains, cette recherche se concentre sur les services d'automobilité partagée, tels que l'autopartage, les taxis et les VTC. La profondeur temporelle de l'analyse, portant sur vingt ans de 1999 à 2019, soit 10 ans avant et 10 ans après l'apparition du smartphone, permet de retracer l'influence des technologies numériques sur les transformations en cours. L'analyse s'appuie sur un dispositif de comparaison construit spécifiquement aux fins de cette recherche et appliqué à quatre métropoles européennes : Londres au Royaume-Uni, Paris en France, Helsinki en Finlande et Moscou en Russie. Cette recherche se base à la fois sur une analyse documentaire extensive et sur l'analyse des discours des acteurs recueillis au travers de 78 entretiens semi-directifs réalisés avec les représentants d'autorités publiques et de services d'automobilité partagée et des experts, dans les quatre métropoles. La thèse met en évidence l'essor des services d'automobilité partagée consécutif au développement des technologies numériques et l'accélération des transformations en cours, notamment en termes d'hybridation et de plateformisation des services. En plus, ces transformations participent aux reconfigurations en termes de rôles des acteurs dans la construction des systèmes de mobilité. La thèse met en lumière les jeux d'(inter)dépendance, de coopération, de concurrence et d'opposition qui caractérisent les interactions entre acteurs. Ces relations à la fois complexes et dynamiques s'inscrivent à des échelles différentes pour les deux catégories des services : plus locale pour l'autopartage, dont l'implication des acteurs va jusqu'à à la co-construction des politiques publiques, et plus large pour les services de taxi et de VTC, dont les régulations sont d'une manière générale traitées au niveau régional, voire national. Même si dans les quatre cas d'études, l'initiative de développement émane des services de mobilité partagée, les politiques publiques rythment incontestablement le développement desdits services. Certaines politiques publiques en matière d'accès à l'espace public ont des effets quasi-instantanés sur les services d'autopartage ; il en va de même de certaines politiques de dérégulation pour les taxis et VTC. Finalement, la thèse met en lumière le caractère multidimensionnel des interactions entre les acteurs, qui font intervenir une grande diversité d'espaces et de temporalités, dont chaque acteur a sa propre perception
Politique climatique dans le secteur agricole : efficacité, coûts de surveillance, séquestration du carbone et risque
No full textThe aim of this thesis is to explore the trade-off between the effectiveness of net GHG mitigation policies and the costs associated with monitoring emissions and carbon sequestration. In the first contribution, our objective is to estimate the marginal cost andeffectiveness in terms of mitigating net GHG emissions for several policies partially covering emission sources and sinks. We find that subsidies for total carbon sequestrationand for carbon contained only in above-ground biomass are more cost-effective than aGHG tax. In the second contribution, at the scale of the plot, we examine the costs of participation in two types of carbon contracts, one model-based and the other results-based. For the latter type, we take into account the risk aversion of farmers regarding the uncertainty surrounding carbon sequestration results. The goal is to highlight the trade-offs regarding risk-sharing between the regulator and farmers, while defining theoretical conditions for farmer participation in these contracts. In the third contribution, at the scale of a French region, we compare the cost-effectiveness of different carbon contracts, whether results-based, model-based, or practice-based. This analysis takes into account some of the heterogeneity among farmers. Our results indicate that the most cost-effective contract form is to remunerate farmers per hectare for the implementation of intra-parcel agroforestry.L'objectif de cette thèse est d'explorer l'arbitrage entre l'efficacité des politiques d'atténuation des émissions de GES nettes et les coûts associés au suivi des émissions de GES et à la séquestration du carbone. Dans la première contribution, notre objectif est d'estimer le coût marginal et l'efficacité en termes d'atténuation des émissions de GES nettes de plusieurs politiques couvrant partiellement les sources et les puits d'émissions. Nous constatons que la subvention pour la séquestration totale du carbone et celle pour le carbone contenu uniquement dans la biomasse aérienne se révèlent plus coût-efficace qu'une taxe sur les GES. Dans la deuxième contribution, à l'échelle de la parcelle, nous comparons les coûts de participation de deux types de contrats carbone dont le suivi est basé pour l'un sur les prédictions d'un modèle et pour l'autre sur les résultats mesurés. Pour ce dernier, nous prenons en considération l'aversion au risque des exploitants face à l'incertitude entourant les résultats de séquestration du carbone. L'objectif est de mettre en évidence les arbitrages concernant le partage du risque entre le régulateur et l'exploitant, tout en définissant des conditions théoriques de participation aux contrats pour ce dernier. Dans la troisième contribution, à l'échelle d'une région française, nous comparons la coût-efficacité de contrats carbone dont le paiement est basé sur les résultats mesurés, sur les prédictions d'un modèle, ou sur la mise en œuvre de la pratique. Cette analyse prend en compte une partie de l'hétérogénéité entre les agriculteurs. Nos résultats indiquent que la forme de contrat la plus coût-efficace consiste à rémunérer les exploitants à l'hectare pour la mise en place d'agroforesterie intra-parcellaire
Nouvelles représentations séparées pour des applications industrielles complexes : espace, temps et paramètres
No full textEvery transient problem in continuum mechanics is characterized by three variables: space, time and parameters. The space defines the physical domain, enabling the definition of diverse systems. The time captures dynamic processes, allowing for transient behavior analysis. The parameters control system and modeling characteristics. Together, these elements drive the accuracy and relevance of computational science, making them essential for understanding and predicting real-world phenomena.The complexity arising from managing space, time, and parameters in numerical simulations can be particularly challenging when dealing with thin structures, small time steps combined with long time intervals, and a high number of parameters over large domains.The numerical simulation of three-dimensional models in thin geometries presents important challenges since maintaining the mesh granularity proportional to the thickness dimension requires an impractical number of elements for the entire structure. This issue is currently encountered in automotive industry when considering vehicle crash simulations, where most of the components are thin structures.When time multiscale behaviours occur, standard discretization techniques are constraint to mesh up to the finest scale to predict accurately the response of the system. This results in a prohibitive computational when the phenomena must be observed over a long duration. This occurs, for instance, in material science when dealing with fatigue damage assessments and cyclic visco-elasto-plastic fatigue problems.A large number of parameters increases the dimensionality of the parameter space exponentially, making its exploration computationally intensive. The data generated from numerous simulations can be difficult to manage and advanced meta-modeling techniques are required. This typically happens in optimal design problems of multi-component parametric structures.To address these challenges, it is essential to strike a balance between accuracy and computational efficiency, requiring ad-hoc advanced developments. In this thesis the three challenges are separately addressed via novel separation-based techniques.Chaque problème transitoire en mécanique des milieux continus est caractérisé par trois variables : l'espace, le temps et les paramètres. L'espace définit le domaine physique, permettant la description de divers systèmes. Le temps capture les processus dynamiques, autorisant l'analyse des comportements transitoires. Les paramètres influent sur les caractéristiques des systèmes et de la modélisation. Ensemble, ces éléments influent sur l'exactitude et la pertinence de la science computationnelle, les rendant essentiels pour la compréhension et la prédiction des phénomènes réels.La gestion de l'espace, du temps et des paramètres dans les simulations numériques est particulièrement impactée lorsqu'il s'agit de structures minces, de petits pas de temps combinés à de longs intervalles, et d'un grand nombre de paramètres sur de vastes domaines.La simulation numérique de modèles tridimensionnels dans des géométries minces présente d'importants défis, car maintenir la granularité du maillage proportionnelle à la dimension de l'épaisseur nécessite un nombre impraticable d'éléments pour toute la structure. Cela survient souvent dans l'industrie automobile lors de simulations de crash, où la plupart des composants sont des structures minces.Lorsque des comportements multiscales dans le temps surviennent, les techniques de discrétisation standard sont contraintes de mailler jusqu'à l'échelle la plus fine pour prédire avec précision la réponse du système. Cela entraîne un coût computationnel prohibitif lorsque les phénomènes sont observés sur une longue durée, comme c'est le cas en science des matériaux lors de l'évaluation des endommagements par fatigue.Un grand nombre de paramètres augmente de manière exponentielle la dimension de l'espace paramètrique, limitant son exploration. Les données générées par de nombreuses simulations peuvent être difficiles à gérer et des techniques avancées de méta-modélisation sont nécessaires. Cela se produit généralement dans des problèmes de conception optimale de structures paramétriques à plusieurs composants.Pour relever ces défis, il est essentiel de trouver un équilibre entre la précision et l'efficacité computationnelle, nécessitant des développements avancés. Dans cette thèse, les trois défis sont abordés via des nouvelles techniques basées sur les représentations séparéés
Stratégie de modélisation multi-fidélité via une approche système incluant des métamodèles basés sur les entités NURBS
No full textThe more complex the problem, the greater the amount of computational resources needed to simulate it. On the other hand, the need for accuracy in the results of a system will not be the same depending on its design phase and the domain studied. The goal of this thesis is to propose a fast, low-cost multi-fidelity modeling strategy. To meet this need, a hybrid modeling approach is developed that combines Model-Based System Engineering (MBSE) and a metamodel based on Non-Uniform Rational Basis-Spline (NURBS) hypersurfaces. More specifically, the scientific challenge of this work is to develop a metamodel based on NURBS entities to simulate the behavior of highly nonlinear systems that require high fidelity modeling but are capable of providing results in real time to be compatible with the MBSE approach. In this context, the NURBS entity-based metamodel is obtained as a solution to an optimization problem solved with a gradient algorithm. In addition, a smoothing term is included in the problem formulation, not only to reduce the influence of any spurious nonlinearities in the training database, but also to limit the phenomenon of overfitting. The technical and scientific challenge of this work is to couple the general MBSE approach with the NURBS-based metamodel.Plus un problème est complexe, plus la quantité de ressources informatiques nécessaires pour le simuler est importante. D’autre part, le besoin de précision dans les résultats d’un système ne sera pas le même selon sa phase de conception et le domaine étudié. L'objectif de cette thèse est de proposer une stratégie de modélisation multi-fidélité rapide et peu couteuse en ressources de calcul. Pour répondre à ce besoin, une modélisation hybride est développée, couplant approche Model-Based System Engineering (MBSE) et métamodèle basé sur les hypersurfaces Non-Uniform Rational Basis-Spline (NURBS). Plus précisément, l’enjeu scientifique de ce travail est le développement du métamodèle basé sur les entités NURBS pour simuler le comportement de systèmes fortement non-linéaires nécessitant une modélisation haute-fidélité mais capable de fournir les résultats en temps réel pour être compatible avec l’approche MBSE. Dans ce contexte, le métamodèle basé sur les entités NURBS est obtenu comme solution d’un problème d’optimisation résolu avec un algorithme au gradient. En outre, un terme de lissage est intégré dans la formulation du problème pour non seulement réduire l’influence d’éventuelles non-linéarités parasites de la base de données d’entraînement mais également pour limiter le phénomène d’overfitting. L’enjeu technicoscientifique de ce travail est de parvenir à coupler l’approche générale MBSE avec le métamodèle à base de NURBS
Impact de l'environnement chimique sur les mécanismes de dégradation de cellules photovoltaïques en couches minces
No full textTo predict the evolution and guarantee the electricity production of solar panels during their operating life (20-25 years), various factors such as the effects of temperature and humidity are considered. However, the presence of atmospheric pollutants is often ignored. The aim of this thesis is to develop a methodology that takes into account the impact of these pollutants on the durability of solar cells, i.e. to assess their effects on the opto-electronic performance of the cells and the degradation mechanisms. To achieve this, accelerated degradation protocols derived from corrosion science were combined with methods for characterizing materials (structural, chemical) and functional properties (electrical, optical).The method was applied to the example of CIGS-type thin-film cells with the pollutant (NH4)2SO4 (fertilizer, relevant to agrivoltaics). An additional loss of cell performance due to the pollutant was observed and attributed to corrosion of the metal contacts and the transparent conductive oxide.Pour prédire l'évolution et garantir la production électrique des panneaux solaires durant leur utilisation (20-25 ans), différents facteurs comme les effets de température et d'humidité sont considérés. Cependant, la présence des polluants atmosphériques est souvent ignorée. L'objectif de cette thèse est de développer une méthodologie prenant en compte l'impact de ces polluants sur la durabilité des cellules solaires, c'est-à-dire évaluer leurs effets sur les performances opto-électroniques des cellules et les mécanismes de dégradation. Pour cela, des protocoles de dégradation accélérée issus de la science de la corrosion ont été couplés à des méthodes de caractérisation des matériaux (structurales, chimiques) et des propriétés fonctionnelles (électriques, optique).La méthode fut appliquée sur l'exemple de cellules en couches minces de type CIGS avec le polluant (NH4)2SO4 (engrais, pertinent pour l'agrivoltaïsme). Une perte de performance des cellules supplémentaire due au polluant a été observée et attribuée à la corrosion des contacts métalliques et de l'oxyde transparent conducteur