thèses en ligne de ParisTech
Not a member yet
9369 research outputs found
Sort by
Modèles topologiques et mécaniques pour l’étude du comportement anisotrope de l’os trabéculaire
No full textThe clinical diagnosis of osteoporosis is nowadays based on an assessment of bone mineral density, although the link between the architectural quality of the trabecular bone and the risk of fracture has been demonstrated. This work is therefore devoted to the study of the influence of the parameters describing the trabecular topology on the elastic and fracture behavior of the tissue.Morphological indices commonly referenced in the literature do not consider trabecular types (plate or rod) and orientations. A method to extract specific surface ratios of plates and rods as well as their macroscopic anisotropies is proposed. It is based on the analysis of triangular meshes of representative bone volumes, obtained from scanner images of in-vivo compatible resolution. A large database of bovine trabecular bone samples, of various geometries, has been analyzed.To get rid of the destructive aspect of experimental tests and donor-specificity of trabecular architectures, a parametric bone model is proposed. Using the classical morphological parameters as well as the data from the study presented above, a skeleton of plates and rods respecting the topology of a target sample is created. To quantify the differences between real and synthetic samples, the skeleton is converted to a voxelated volume, and the input parameters are re-evaluated on the generated synthetic bone. The resulting binary image can then in turn be converted into a triangular mesh, to be 3D printed for example.The synthetic skeleton is finally used directly as a computational domain in a Discrete Element simulation. The microscopic tissue properties are calibrated using experimental tests and the discrete model is then used to retrieve the macroscopic elastic and post-rupture behavior of the real samples in the database. The parametric model thus validated is then used to analyze the influence of morphological parameters and loading directions on the mechanical response of the bone.The introduction of new morphological parameters allowing a more detailed description of the trabecular architecture and the study of their influence suggests the use of new criteria for assessing the risk of osteoporotic fracture in clinical routine, independently of bone mineral density. The synthetic bone generator also opens the way to the design of prostheses better adapted to patients.Le diagnostic clinique de l’ostéoporose repose aujourd’hui sur une évaluation de la densité minérale osseuse, bien que le lien entre la qualité architecturale de l’os trabéculaire et le risque de fracture ait été démontré. Ce travail se consacre donc à l’étude de l’influence des paramètres décrivant la topologie trabéculaire sur le comportement élastique et à rupture du tissu.Les indices morphologiques couramment référencés dans la littérature ne tiennent pas compte des types trabéculaires (plaque ou poutre) ni de leurs orientations respectives. Une méthode permettant d’extraire des ratios surfaciques spécifiques de plaques et de poutres ainsi que leurs anisotropies macroscopiques est ainsi proposée. Elle repose sur l’analyse de maillages triangulaires obtenus à partir d’images scanner de volumes représentatifs d’os, de résolution in-vivo compatible. Une large base de données d’échantillons d’os trabéculaire bovin, de géométries diverses, a été analysée.Pour s'affranchir de l'aspect destructif des essais expérimentaux et de la spécificité aux donneurs des architectures trabéculaires, un modèle paramétrique d’os est proposé. En utilisant les paramètres morphologiques classiques ainsi que les données de l'étude présentée ci-dessus, un squelette de plaques et de poutres respectant la topologie d'un échantillon cible est créé. Pour quantifier les différences entre les échantillons réels et synthétiques, le squelette est converti en un volume voxelisé, et les paramètres d'entrée sont réévalués sur l'os généré. L'image binaire résultante peut alors à son tour être convertie en un maillage triangulaire, pour être imprimé en 3D par exemple.Le squelette synthétique est finalement utilisé directement comme domaine de calcul dans une simulation de type Éléments-Discrets. Les propriétés tissulaires microscopiques sont calibrées à l’aide d’essais expérimentaux et le modèle discret permet alors de retrouver le comportement macroscopique élastique et post-rupture des échantillons réels de la base de données. Le modèle paramétrique ainsi validé est alors utilisé pour analyser l’influence des paramètres morphologiques et des directions de chargement sur la réponse mécanique de l’os
Étude de stratégies de gestion optimale intégrant une production renouvelable locale
No full textIn the context of high peak demand which causes tension on the electrical grid and the energy and ecological transition which highly focuses on the building sector, it is more than necessary to implement an appropriate management of the consumption in order to mitigate the environmental, energy and economic impacts of buildings. The objective of this thesis lies in the proposal of a new method of optimal control of electric heating in buildings. The original contribution of this work stems from the combination of the two principles of Pontryagin and Bellman to develop a precise and fast resolution method. The strategy determines a heating trajectory that minimises the cost or greenhouse gases emissions while respecting the dynamics, comfort and command constraints. The optimal trajectory induces heat storage in the thermal mass of the building which shifts peak consumption. The second objective of the thesis is to extend the method to the scale of a set of buildings equipped with a local renewable production.Face au contexte de tension sur le réseau électrique provoquée par la demande de pointe et de la transition énergétique et écologique où le bâtiment est au coeur des considérations, il est plus que nécessaire d’implémenter une gestion plus appropriée de la consommation qui permette de réduire les bilans environnementaux, et économiques des bâtiments. L’objectif de cette thèse réside dans la proposition d’une nouvelle méthode de contrôle optimale du chauffage électrique dans les bâtiments. L’apport original repose sur la combinaison des deux principes de Pontriaguine et de Bellman pour développer une méthode de résolution précise et rapide. La stratégie détermine une trajectoire de chauffage qui permet de minimiser le coût ou les émissions de gaz à effet de serre tout respectant les contraintes de dynamique, de confort et de capacité du système de chauffage. La trajectoire optimale opère un stockage dans la masse thermique du bâtiment qui efface les consommations de pointe. Le second objectif de la thèse porte sur l’extension de la méthode à l’échelle d’un îlot incluant une production renouvelable locale
Modèles et outils pour l’édition et la simulation de procédures métier dans les projets de constructions couplant BIM, réalité virtuelle et bases de connaissances
No full textThe BIM (Building Information Modeling) process used today in the field of construction allows a real improvement in the fluidity, understanding and communication of a construction project from its design to its facility management, especially through its 3D model, which is intelligent due to the metadata it contains, and which evolves along the project phases. In addition, virtual reality (VR) and augmented reality (AR) are increasingly used in construction projects to enhance productivity, the quality of works or the training and safety of workers. However, there are still many disruptions in the workflow of the BIM process, mainly between the study stage of site preparation and the execution stage of the work on the site. Challenges related to the integration of professional knowledge and interoperability between BIM and AR/VR due to the complexity of BIM and its multiple dimensions, limit the use of these dynamic data in AR or VR tools and require significant developments. For example, the operating procedures for each structure are being integrated into the BIM model, but consulting and using them in AR/VR contextualized to the construction site remains a challenge. Moreover, the professional knowledge in quality, hygiene, safety, and environment (QHSE) associated with these operating procedures is not currently formalized in a knowledge base that would allow it to be used in these AR/VR tools, during training or implementation of procedures.To contribute to the improvement of information exchange between BIM, knowledge bases and virtual or augmented environments in construction projects, we first study the state of the art of scientific publications and existing technologies. Then our research work has led to the proposal of a system architecture allowing the training of operating modes from BIM with the environment of the BIM 4D model and risk prevention in VR. We also provide through our research and using an UML data model, an automation of VR scenario creation for the operating mode from BIM as well as an interface dedicated to the edition of this scenario for the tasks that cannot be modeled in BIM.In a second part of this work, based on semantic web technologies, we worked on the formalization of QHSE professional knowledge in risk prevention. The contribution focuses on a QHSE rules ontology whose high-level concepts and proposed architecture, combining the inference engine with the 3D engine, make it possible to use real-time events occurring in the scenario of the operating mode in VR, to test the behavior of a trained person regarding quality and safety during the execution of the latter. In addition, a graphical editor of QHSE rules in SWRL has been proposed and developed to facilitate their creation by experts’ teams.Finally, an experiment was conducted to evaluate the final proposed system. The main hypothesis of a difference in the appropriation of safety rules in an operational situation, through the execution of an operating procedure on a VR worksite, depending on the support (video or VR) of the theoretical training was studied. A comparative study involving 33 participants and including a learning phase based on a video or VR training medium, followed by a VR worksite situation phase based on the VR QHSE event detection engine was conducted. The results were analyzed in terms of performance, behavior, and satisfaction, and showed that VR training reduces the amount of time people are put at risk during operational situations.Le processus BIM (Building Information Modeling) utilisé aujourd’hui dans le domaine de la construction permet un réel gain dans la fluidité, la compréhension et la communication d’un projet de construction, de sa conception à son exploitation et maintenance, notamment grâce à sa maquette 3D intelligente contenant des informations dynamiques qui évoluent au cours des phases du projet. En complément, la réalité virtuelle (RV) et la réalité augmentée (RA) sont de plus en plus utilisées dans les projets de construction pour améliorer la productivité, la qualité des ouvrages ou encore la formation et la sécurité des ouvriers. Toutefois, il existe encore de nombreuses ruptures dans la chaine numérique du processus BIM notamment entre les étapes d’études à la préparation du chantier et celle d’exécution. Des verrous liés à l’intégration des connaissances métiers et à l’interopérabilité entre le BIM et la RA/RV dus à la complexité du BIM et ses multiples dimensions, limitent l’utilisation de ces données dynamiques dans des outils de RA ou RV et engendrent des développements importants. Par exemple, les modes opératoires de chaque ouvrage sont progressivement intégrés dans la maquette BIM mais leur consultation et exploitation en RA/RV contextualisée au chantier restent un challenge. Par ailleurs, les connaissances métiers en qualité, sécurité et environnement (QSE) associées à ces modes opératoires ne sont actuellement pas formalisées dans une base de connaissances leur permettant d’être utilisables dans ces outils de RA/RV, lors de formations ou de mises en œuvre de procédures.Afin de contribuer à l’amélioration des échanges d’informations entre le BIM, les bases de connaissances métiers et les environnements virtuels dans les projets de construction et en se basant sur un état de l’art scientifique et technologique, nos travaux de recherche ont conduit à la proposition d’une architecture de système permettant l’exploitation en RV de modes opératoires intégrés dans un processus BIM 4D pour de la formation ou prévention des risques. Les travaux ont également permis de proposer, à l’aide d’un modèle de données UML, une automatisation de la création de scénario en RV pour les modes opératoires provenant du BIM ainsi qu’une interface dédiée à l’édition de ces scénarios pour les tâches qui ne peuvent être modélisées dans le BIM.Dans une seconde partie de ce travail, basée sur les technologies du web sémantique, nous avons travaillé sur la formalisation des connaissances métiers QSE en prévention des risques. La contribution porte sur une ontologie de règles QSE dont les concepts hauts-niveaux et l’architecture proposée, couplant le moteur d’inférence avec le moteur 3D, permettent d’utiliser les évènements se produisant en temps-réel dans le scénario du mode opératoire en RV, afin de tester le comportement concernant la qualité et la sécurité d’une personne formée lors de l’exécution de celui-ci. De plus, un éditeur graphique de règles QSE en SWRL a été proposé et développé afin de faciliter leurs créations par les équipes métiers.Enfin, une expérimentation a été menée afin d’évaluer le système final proposé. L’hypothèse principale d’une différence d’appropriation des règles de sécurité en situation opérationnelle, à travers l’exécution d’un mode opératoire sur chantier en RV, en fonction du support (vidéo ou RV) de la formation théorique a été étudiée. Une étude comparative impliquant 33 participants et comportant une phase d’apprentissage basée sur un support de formation vidéo ou RV, suivi d’une phase de mise en situation sur le chantier RV s’appuyant sur le moteur de détection d’évènements QSE en RV a été réalisée. Les résultats ont été analysés en termes de performance, de comportement et de satisfaction et font notamment ressortir que la formation en RV réduit la durée de mise en danger des personnes lors de la mise en situation opérationnelle
Imagerie ultrarapide ultrasonore pour la caractérisation des fonctions cérébrales appliquée aux pathologies périnatales
No full textThis thesis focuses on the application of ultrafast ultrasound imaging for the evaluation of cerebral vascular function and functional connectivity in the context of monitoring neonatal pathologies. Preterm birth (before 37 weeks of gestation) is often associated with cerebrovascular disruption that can lead to detectable brain lesions in the weeks following birth. However, their detection is not sufficient to predict severe neurodevelopmental disorders (cerebral palsy, autism, hyperactivity,...) that may result from these lesions. The need to evaluate the vascular function and the cerebral activity of the newborn brain as early as possible is therefore essential to detect abnormalities earlier. First, we were interested in the analysis of cerebral vascular resistivity in newborns. The use of ultrafast Doppler imaging, which allows to evaluate the resistivity in the whole field of view simultaneously, allowed to differentiate the effects of the diameter and the vascular tree of the considered vessel on the resistivity. This analysis also resulted in the description of new global markers of cerebral vascular resistivity that can be used for white matter lesions prediction. In addition, measurements of cerebral stiffness, assessed by shear wave elastography, were performed and helped to improve white matter lesions prediction. In a second step, we were interested in measuring brain activity in the developing brain. Compared to other existing functional imaging techniques (fMRI, fNIRS, EEG), functional ultrasound imaging (fUS), which is based on the measurement of cerebral blood volume (CBV) fluctuations related to neuronal activity, combines good spatial and temporal resolution while being usable at the bedside. An essential step is the preprocessing of the data to ensure that artifacts are properly removed and that only fluctuations related to brain activity are retained. We present a method for preprocessing fUS data based on canonical component analysis that allows both removal of external artifacts and systemic hemodynamic changes. Functional connectivity can be analyses in a dynamic through various techniques. Thanks to preprocessing and dynamic connectivity analysis, we show, in collaboration with Pierre Gressens' team, the influence of caesarean birth and neonatal systemic inflammation on dynamic connectivity in two preclinical studies. In a third step, we show that these techniques of treatment and dynamic connectivity analysis can be used in the clinic in newborns. In particular, we were able to show a difference in dynamic connectivity between the thalamus and the cortex between premature and full-term newborns. Then we were able to evaluate, in preterm newborns, the effect of regular music listening during the stay in the intensive care center on the brain connectivity evaluated by fUS. In these clinical studies, however, we were limited in particular by the field of view possible with current ultrasound scanners and probes. We briefly discuss the design and realization of a new clinical neuroimager for the evaluation of functional activity in the newborn. The overall results show that the use of fUS, both in clinical and preclinical settings, is capable of revealing subtle alterations of brain connectivity in the newborn and that fUS has the potential to become a imaging modality for the detection and monitoring of neonatal pathologies in clinical routine.Ces travaux de thèse portent sur l’utilisation de l’imagerie ultrasonore ultrarapide pour l’évaluation de la fonction vasculaire et de la connectivité fonctionnelle cérébrales dans le cadre du suivi de pathologies néonatales. La naissance prématurée (avant 37 semaines de gestation) est souvent associée à une perturbation cérébrovasculaire pouvant entrainer des lésions cérébrales détectables dans les semaines suivant la naissance. Toutefois, leur détection n’est pas suffisante pour établir une prédiction des troubles neurodéveloppementaux lourds (paralysie cérébrale, autisme, hyperactivité,…) pouvant résulter de ces lésions. La nécessité d’évaluer la fonction vasculaire du cerveau et l’activité cérébrale du nouveau-né le plus tôt possible est donc primordiale pour espérer détecter des anomalies précocement. Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés à l’analyse de la résistivité vasculaire cérébrale chez des nouveau-nés. L’utilisation de l’imagerie Doppler ultrarapide permettant d’évaluer la résistivité dans l’ensemble du champ de vue simultanément, a permis de différencier les effets du diamètre et de l’arbre vasculaire du vaisseau considéré sur la résistivité. Cette analyse a aussi permis de décrire des nouveaux marqueurs globaux de résistivité vasculaire cérébrale pouvant être utilisé pour la prédiction d’apparition de lésions de la substance blanche. De plus, des mesures de rigidités cérébrales, évaluées par élastographie par ondes de cisaillement, ont été réalisées et ont permis d’améliorer la prédiction d’apparition de ces lésions. Dans un deuxième temps, nous nous sommes intéressés à la mesure de l’activité cérébrale du cerveau en développement. Par rapport à d’autres techniques d’imagerie fonctionnelle existantes (IRMf, fNIRS, EEG), l’imagerie fonctionnelle par ultrasons (fUS), qui repose sur la mesure des fluctuations du volume sanguin cérébral (CBV) liées à l’activité neuronale, combine une bonne résolution spatiale et temporelle tout en étant utilisable au chevet du patient. Une étape essentielle est le prétraitement des données pour s’assurer de retirer correctement les artefacts et ne conserver que les fluctuations liées à l’activité cérébrale. Nous présentons une méthode de prétraitement des données fUS basée sur l'analyse en composantes canoniques qui permet à la fois de supprimer des artefacts extérieurs ou des changements hémodynamiques systémiques. La connectivité fonctionnelle revêt un caractère dynamique que nous avons cherché à identifier par différentes techniques. Grâce au prétraitement et à l’analyse dynamique de connectivité, nous montrons, en collaboration avec l'équipe de Pierre Gressens, l’influence d’une naissance par césarienne et d’une inflammation systémique néonatale sur la connectivité dynamique dans deux études précliniques. Dans un troisième temps, nous montrons que ces techniques de traitements et d’analyse dynamique de la connectivité sont utilisables en clinique chez le nouveau-né. En particulier, nous sommes parvenus à montrer une différence de connectivité dynamique entre le thalamus et le cortex entre des nouveau-nés prématurés et à terme. Ensuite nous avons pu évaluer, chez des nouveau-nés prématurés, l’effet d’une écoute régulière de musique lors du séjour au centre de soins intensifs sur la connectivité cérébrale évaluée par le fUS. Dans ces études cliniques, nous avons cependant été limités notamment par le champ de vue possible avec les échographes et les sondes actuels. Nous abordons brièvement la conception et réalisation d’un nouveau neuroimageur clinique pour l’évaluation de l’activité fonctionnelle du nouveau-né. L’ensemble des résultats montrent que l’utilisation du fUS, aussi bien en clinique qu’en préclinique, est capable de révéler des altérations subtiles de la connectivité cérébrale chez le nouveau-né et que le fUS a tout le potentiel pour devenir une modalité d’imagerie pour la détection et le suivi de pathologies néonatales en routine clinique
Développement et propriétés de biofilms électroactifs en conditions hydrodynamiques contrôlées
No full textIn the global context of increasing energy demands and limited resources, microbial electrocehmical technologies offer a viable solution for the recovery of organic waste. However, their integration into urban wastewater treatment and recovery plants is hindered by long-term stability and reliability challenges. Microbial anodes, responsible for electron recovery through organic matter oxidation, experience a decline in performance over time in continuously operated reactors, which is attributed to changes in the structural and functional properties of electroactive biofilms.While electrode potential and hydrodynamics are recognized as key factors in these technologies, the role of hydrodynamics in managing electroactive biofilms has been understudied and warrants further investigation due to its significant impact on non-electroactive biofilms.To address this gap, an innovative electrochemical Couette-Taylor reactor was developed to examine the influence of hydrodynamics on electroactive biofilms. Bio-electrochemical monitoring, employing various analytical techniques, was implemented to deepen our understanding of the interactions among electrochemical, hydrodynamic, and biological parameters over time. The reactor design was validated through abiotic experiments, demonstrating reproducible electrochemical behavior under different hydrodynamic conditions on twenty individualized electrodes. Specific characteristics associated with Couette-Taylor flows, such as vortex regimes, were identified and quantified using dimensionless numbers.By employing electrochemical monitoring and characterizing microbial populations and their activities within mixed electroactive biofilms cultivated from real wastewater, the performance of each bio-anode was assessed under poised potentials. The development and maturation of electroactive biofilms yielded highly reproducible results, with a 10% variability in electrochemical performance. The homogenization of shear stress across large electrodes surfaces helped overcome the limitations of current systems. Notably, the most efficient electrodes were achieved at the lowest electrode potentials (-300 mV/ECS), although their full electrolysis potential remained untapped. Competition for electrons between the electrode and specific microbial species, such as sulfate-reducers and methanogens, seemed to be promoted by higher potentials (0 and 150 mV/ECS) and low shear stresses (≤130 mPa). Competition for Geobacter's ecological niche was observed with Trichloromonas, indicating lower electroactive performance.The impact of increasing hydrodynamic stress on biofilm maturation was investigated by incrementally raising shear stress from 8.3 mPa to 5 Pa. Surprisingly, this parameter had no significant effect on the observed decline in electrochemical activity over time. However, higher shear stresses (2.4 and 5 Pa) resulted in increased limiting currents, and significant changes in biofilm composition were observed at 5 Pa, highlighting the strong influence of hydrodynamics on mature electroactive biofilms.Dans un contexte mondial de besoins énergétiques dans un cadre de ressources limitées, les technologies électro-microbiennes représentent une solution alternative et de plus en plus réaliste pour la valorisation des déchets organiques.La limite principale à l'intégration de ces technologies au sein des usines de traitement et de valorisation des eaux résiduaires urbaines réside dans leur stabilité et fiabilité sur le long terme. En effet, les anodes microbiennes, capables de récupérer les électrons issus de l'oxydation de la matière organique, sont marquées par une décroissance de leurs performances au cours du temps dans les réacteurs opérés en continu. Cette chute des performances de ces systèmes est souvent associée aux évolutions des propriétés des biofilms électroactifs (structurales et fonctionnelles).Le potentiel d'électrode et le contrôle de l'hydrodynamique ont été identifiés comme les deux leviers d'action principaux. Or, le rôle de l'hydrodynamique pour la gestion des biofilms électroactifs a été peu étudié et mérite d'être investigué au vu de son impact significatif sur les performances des biofilms non-électroactifs.Un réacteur de Couette-Taylor électrochimique innovant a été conçu pour étudier l'effet de l'hydrodynamique sur les biofilms électroactifs. Le suivi bio-électrochimique couplant plusieurs techniques d'analyses a été mis en œuvre pour avancer dans la compréhension des interactions entre les paramètres électrochimiques, hydrodynamiques et biologiques au cours du temps. La conception de ce réacteur a été préalablement validée à l'aide d'un modèle abiotique. Pour ces conditions, des comportements électrochimiques reproductibles en fonction des différentes conditions hydrodynamiques ont été obtenus sur les vingt électrodes individualisées disponibles. Des spécificités liées aux écoulements de Couette-Taylor (régimes à vortex) ont été identifiées et exprimées en fonction de nombres adimensionnels.Le suivi électrochimique et la caractérisation des populations microbiennes et de leur activités dans les biofilms électroactifs mixtes développés à partir d'eaux usées réelles a permis d'évaluer les performances de chaque bio-anode sous potentiel imposé. Le développement jusqu'à la phase de maturation des biofilms électroactifs a conduit à des résultats très reproductibles (10 % de variabilité des performances électrochimiques) permettant de répondre aux limitations des systèmes d'étude actuels grâce à l'homogénéisation de la contrainte de cisaillement sur de grandes surfaces d'électrodes. Les potentiels d'électrode les plus bas (-300 mV/ECS) entraînent le développement des électrodes les plus efficaces mais ne permettent pas d'exploiter le maximum de leurs performances en électrolyse. Des compétitions pour les électrons ont été supposées entre l'électrode et certaines espèces microbiennes (sulfato-réductrices et méthanogènes) et semblent favorisées par des potentiels élevés (0 et 150 mV/ECS) et des contraintes de cisaillement faibles (≤130 mPa). Une compétition pour la niche écologique de Geobacter a été détectée avec Trichloromonas qui semble être un indicateur de plus faibles performances électroactives.L'influence de l'augmentation de la contrainte hydrodynamique sur la maturation du biofilm a ensuite été étudiée en augmentant la contrainte de cisaillement par paliers de 8,3 mPa à 5 Pa. Cette dernière n'induit pas d'effet significatif sur la chute d'activité électrochimique observée au cours du temps. Cependant, l'augmentation des courants limites obtenus pour les contraintes de cisaillement les plus élevées (2,4 et 5 Pa) et la modification profonde de la composition des biofilms obtenus à 5 Pa révèlent un impact fort de l'hydrodynamique sur les biofilms électroactifs matures
Modélisation de l'impact du trafic routier sur les concentrations de polluants en zone urbaine
No full textIn urban areas and in particular in the streets, populations are exposed to high concentrations of nitrogen dioxide (NO2), and particulate matter including organic aerosols (OM) and black carbon (BC). In order to better understand the sources and to represent the evolution of the concentrations in the streets, a multiscale modeling is used, with the street-network model MUNICH coupled to the regional chemistry-transport model Polair3D, and to the chemical module SSH-aerosol to represent the formation of the secondary compounds at the different scales.The influence of volatile organic compound (VOC) emissions from road traffic, non-exhaust emissions due to tire wear and asphalt emissions are studied with sensitivity scenarios. The reference simulation uses standard emission factors obtained from the COPERT methodology. The use of recent speciation measurement data allows for a better characterization of the emitted VOCs, in particular intermediate, semi and low volatile organic compounds (I/S/LVOC), resulting in a reduction of OM concentrations of up to 27%. A 219% increase in BC emissions from tire wear, consistent with the literature, doubles BC concentrations. Asphalt emissions strongly increase I/S/LVOC emissions. The simulated PM concentrations taking into account these emissions compare well with observations, highlighting the importance of better characterizing this missing source in the models.Simulations are then performed for the year 2030 to assess the future impacts of traffic emissions on concentrations. The introduction of ultra-low emission vehicles, compliant with future European emission standards, results in a large reduction in emissions compared to a representative fleet of 2014. NO2 and BC emissions are reduced by 70%, resulting in a decrease in concentrations of 52% for NO2, 42% for BC, and 20% for PM. Emissions from a fleet of only ultra-low emission vehicles are 99% and 80% lower for NO2 and BC respectively, reducing NO2 concentrations by 80% and BC concentrations by 45%.To represent the concentration gradients in the streets and to better estimate the population exposure, a new version of MUNICH is developed. Instead of considering homogeneous concentrations in each street segment, the street volume is discretized with three vertical levels. A horizontal discretization into two zones is also introduced under specific conditions with a parameterization from the OSPM model. The concentrations simulated in the streets of Copenhagen and eastern Paris with this discretized version of MUNICH compare better with observations than those simulated with the homogeneous version, and the concentrations of NO2, BC and OM are higher at the bottom of the streets.En milieu urbain et en particulier dans les rues, les personnes sont exposées à de fortes concentrations de dioxyde d'azote (NO2), et de particules dont les aérosols organiques (OM) et le carbone suie (BC). Afin de mieux comprendre les sources et représenter l'évolution des concentrations dans les rues, une modélisation multi-échelle est utilisée, avec le modèle de réseaux de rues MUNICH couplé au modèle de chimie-transport régional Polair3D et au module chimique SSH-aerosol pour représenter la formation des composés secondaires aux différentes échelles.L’influence des émissions des composés organiques volatils (COV) du trafic routier, des émissions hors échappement dues à l'usure des pneus et des émissions d’asphalte est étudiée avec des scénarios de sensibilité. La simulation de référence utilise des facteurs d’émission standards obtenus de la méthodologie COPERT. L'utilisation de données récentes de mesure de spéciation permet de mieux caractériser les COV émis, en particulier les composés organiques intermédiaires, semi et faiblement volatils (COVI/S/F), engendrant une réduction des concentrations de OM allant jusqu'à 27%. Une augmentation de 219% des émissions de BC dues à l'usure des pneus, cohérente avec la littérature, double les concentrations de BC. Les émissions d'asphalte augmentent fortement les émissions de COVI/S/F. Les concentrations de particules simulées en prenant en compte ces émissions se comparent bien aux observations, soulignant l’importance de mieux caractériser cette source manquante dans les modèles.Des simulations sont ensuite réalisées pour l'année 2030 afin d'évaluer les impacts futurs des émissions du trafic sur les concentrations. L'introduction de véhicules à très faibles émissions, conformes aux futures normes européennes d'émissions, induit une forte réduction des émissions par rapport à une flotte représentative de l'année 2014. Les émissions de NO2 et de BC sont réduites de 70%, entrainant une diminution des concentrations de 52% pour le NO2, 42% pour le BC, et 20% pour les particules. Les émissions d'une flotte composée uniquement de véhicules à très faibles émissions sont 99% et 80% plus faibles pour le NO2 et le BC respectivement, réduisant les concentrations de NO2 de 80% et celles de BC de 45%.Pour représenter les gradients de concentrations dans les rues et mieux estimer l'exposition des personnes, une nouvelle version de MUNICH est développée. Plutôt que de considérer les concentrations homogènes dans chaque segment de rue, le volume des rues est discrétisé avec trois niveaux verticaux. Une discrétisation horizontale en deux zones est également introduite sous certaines conditions avec une paramétrisation tirée du modèle OSPM. Les concentrations simulées dans les rues de Copenhague et de l'est parisien avec cette version discrétisée de MUNICH se comparent mieux aux observations que celles simulées avec la version homogène, et les concentrations de NO2, BC et OM sont plus élevées en bas des rues
Condition du passage à l'échelle d'une startup deeptech : gérer la conception du patrimoine de création
No full textFaced with contemporary social and environmental challenges, supporting the emergence of technological innovations is a path worth exploring. The new technologies developed by deep tech start-up carry the ambition to address these issues, on a large scale. However, the conditions for their deployment and the mechanisms for managing design efforts in the scale-up phase are still not well understood. By approaching the scaling-up of deep tech start-up through the theories and methods developed in the field of design, this thesishighlights that deep tech start-up shape their creative heritage during this scale-up phase. Based on three intervention-research projects implemented within deep tech start-up, this research provides a new condition for scaling-up management and offers recommendations to public authorities so as to best deploy the potential impact of these start-up.Face aux défis sociaux et environnementaux contemporains, le soutien à l'émergence d'innovations technologiques est une voie qui mérite d'être explorée. Les nouvelles technologies développées par les startups deeptech portent en elles l'ambition de répondre à ces enjeux, à grande échelle. Néanmoins, les conditions de leur déploiement et les mécanismes de gestion des efforts de conception en phase de scale-up sont encore mal élucidés. En abordant le passage à l'échelle des startups deeptech à partir des théories et des méthodes développées dans le champ de la conception, cette thèse met en évidence que les startups deeptech conçoivent leur patrimoine de création au cours de cette phase de scale-up. À partir de trois recherches-interventions mises en place au sein de startups deeptech, ces travaux de recherche apportent une nouvelle condition pour la gestion du passage à l'échelle et fournissent des recommandations à l'égard de la puissance publique pour déployer le potentiel d'impact de ces startups
Optimisation Topologique des Echangeurs de Chaleur à Haute Efficacité par la Méthode Level-Set et l'Adaptation Anisotropique de Maillage
No full textThis PhD considers the Optmization of Multi-Physics systems using the Level-Set Method for surface tracking and the Continuous Adjoint Method for sensitivity computation. It starts by addressing laminar incompressible flow problems, then expands to conjugate heat transfer systems. The optimization framework combines an immersed volume method for solving stabilized finite element formulations cast in the Variational Multiscale (VMS) framework with level set representations of the fluid-solid interfaces, used as a posteriori error estimator to minimize the interpolation error under the constraint of a prescribed number of nodes in the mesh. Both the resolution and remeshing steps are performed in a massively parallel framework, allowing for the optimization of large-scale systems. In particular, an original parallelization strategy is used for mesh adaptation that combines local remeshing performed sequentially and independently on each subdomain with blocked interfaces and constrained repartitioning to optimally move the interfaces between subdomains in an optimal way (both iterated until a satisfying mesh and partition are obtained). Numerical results are provided for several two- and three-dimensional problems of power dissipation minimization and/or heat transfer enhancement, involving varying state degrees of freedom, going from several thousands (in 2d problems) to several dozen million (in 3d problems). The optimal designs agree well with reference results from the literature while providing superior accuracy over prior studies solved on isotropic meshes. The potential of the method for engineering problems of practical interest is eventually exposed by optimizing the distributor and collector sections conveying the cold fluid within the plates of a plate and fin heat exchanger.Cette thèse aborde l'optimisation topologique des systèmes multiphysiques en utilisant la méthode Level-Set pour le suivi d'interface et la méthode adjointe continue pour le calcul de la sensibilité. Elle commence par aborder les problèmes d'écoulements laminaires incompressibles, puis s'étend aux systèmes de transfert de chaleur conjugué. Le cadre d'optimisation combine une méthode de volume immergé pour résoudre des formulations d'éléments finis stabilisées intégrées dans le cadre de la méthode de Variational Multiscale (VMS) avec des fonctions distances représentants l'interface fluide-solide, utilisées comme estimateur d'erreur a posteriori pour minimiser l'erreur d'interpolation sous contrainte d'un nombre prescrit de nœuds dans le maillage. Les étapes de résolution et de remaillage sont toutes deux effectuées dans un cadre massivement parallèle, permettant l'optimisation de systèmes complexes. En particulier, une stratégie de parallélisation originale est utilisée pour l'adaptation du maillage, qui combine le remaillage local effectué séquentiellement et indépendamment sur chaque sous-domaine avec des interfaces bloquées et une répartition contrainte pour déplacer de manière optimale les interfaces entre les sous-domaines (les deux sont itérés jusqu'à obtenir un maillage et une partition satisfaisants). Des résultats numériques sont fournis pour plusieurs problèmes bidimensionnels et tridimensionnels de minimisation de perte de charges et/ou d'amélioration du transfert de chaleur, impliquant des degrés de liberté de l'état variables, allant de plusieurs milliers (dans les problèmes en 2D) à plusieurs dizaines de millions (dans les problèmes en 3D). Les conceptions optimales concordent bien avec les résultats de référence de la littérature tout en offrant une précision supérieure par rapport aux études antérieures résolues sur des maillages isotropes. Le potentiel de la méthode pour les problèmes d'ingénierie d'intérêt pratique est finalement exposé en optimisant les parties de distribution et de collection transportant le fluide froid à l'intérieur des plaques d'un échangeur de chaleur à plaques et à ailettes
Mécanique des élastomères ioniquement conducteurs
No full textIn this manuscript, we focus on the synthesis of solvent-free SICs, and try to answer some questions: (1) how does the ambient humidity affect the electrical and mechanical performance of the previously reported strong ICEs toughened by dynamic bonds? (2) Can we improve the ambient stability of the ionically conductive elastomers by replacing the dry lithium salts with hydrated lithium salts? (3) Is it possible to design SICs that can avoid the tradeoff between ionic conductivity, stiffness, strength, toughness, while providing high elasticity and resistance to fatigue? (4) Can we improve the ionic conductivity of the SICs based on the networks design ideas? Accordingly, we will address all these questions in the separate chapters of this manuscript, respectively.In Chapter 1, we first introduce different types of SICs based on intrinsically stretchable polymer networks and their use. And then, we introduce different methods that can lead to strong and tough SICs. Main issues such as the origins of the tradeoff between the ionic conductivity and mechanical properties will be discussedIn Chapter 2, to gain insights into the influence of ambient moisture on the mechanical and electrical performance of the ICEs, we first prepare different types of lithium-based solvent-free ICEs and compare their mechanical and electrical performances before and after exposing them to ambient air for a prolonged time (up to 96 h).In Chapter 3, to investigate if the ambient stability of the ICEs can be improved by introducing hydrated lithium salts into the polymer networks, we design an ICE system by hydrophobic/hydrophilic integrated design using hydrophobic polymer networks and hydrophilic salt hydrates and investigate their ambient stability.In Chapter 4, to design SICs that can avoid tradeoff issues between ionic conductivity and mechanical performance, we design stiff and rigid polymer networks composed of high and low T_g monomers and swell these networks in the low T_g monomer, followed by a subsequent polymerization after the swelling equilibrium is reached. The resultant material is composed of well crosslinked first networks, sparsely crosslinked matrix networks and Li salt. Therefore, providing increased mechanical performance due to the energy dissipation originated from the sacrificial first networks and high ionic conductivity due to lower T_g that can increase the chain mobility of the networks.In Chapter 5, we focus on the enhancement of ionic conductivity of the ionically conductive polymers while maintain their good mechanical performance. Taking advantage of the miscibility of certain ILs with our ionically conductive polymer networks, we introduce two distinct strategies to design mechanically strong and tough ionic conductors with high ionic conductivity out of the copolymerized complexes of nonpolar monomer MEA and other monomers with pre-stretched networks.In Chapter 6, we will give the general conclusion and future perspectives based on our findings in this thesis.Dans ce manuscrit, nous nous concentrons sur la synthèse de SIC sans solvant et tentons de répondre à certaines questions : (1) Comment l'humidité ambiante affecte-t-elle les performances électriques et mécaniques des ICE résistants renforcés par des liaisons dynamiques précédemment rapportés ? (2) Pouvons-nous améliorer la stabilité ambiante des élastomères conducteurs ioniques en remplaçant les sels de lithium secs par de lithium hydratés ? (3) Est-il possible de concevoir des CIE qui peuvent éviter le compromis entre la conductivité ionique, la rigidité, la force et la ténacité, tout en offrant une élasticité et une résistance à la fatigue élevées ? (4) Pouvons-nous améliorer la conductivité ionique des SIC sur la base des idées de conception des réseaux ? En conséquence, nous aborderons toutes ces questions dans les chapitres respectivement distincts de ce manuscrit.Dans le chapitre 1, nous présentons d'abord différents types de SIC basés sur des réseaux de polymères intrinsèquement extensibles et leur utilisation. Ensuite, nous présentons différentes méthodes qui peuvent conduire à des SIC solides et résistants. Les principales questions telles que les origines du compromis entre la conductivité ionique et les propriétés mécaniques seront discutées.Dans le chapitre 2, pour mieux comprendre l'influence de l'humidité ambiante sur les performances mécaniques et électriques des ICE, nous préparons d'abord différents types d'ICE sans solvant à base de lithium et comparons leurs performances mécaniques et électriques avant et après les avoir exposés à l'air ambiant pendant une période prolongée (jusqu'à 96 heures).Dans le chapitre 3, nous concevons un système ICE par conception intégrée hydrophobe/hydrophile en utilisant des réseaux de polymères hydrophobes et des sels hydratés hydrophiles afin d'étudier, si la stabilité ambiante des ICE peut être améliorée en introduisant des sels de lithium hydratés dans les réseaux de polymères, et nous étudions leur stabilité ambiante.Dans le chapitre 4, pour concevoir des SIC qui peuvent éviter les problèmes de compromis entre la conductivité ionique et la performance mécanique, nous concevons des réseaux de polymères rigides et rigides composés de monomères à élevé et faible et nous gonflons ces réseaux dans le monomère à faible, suivi d'une polymérisation ultérieure une fois que l'équilibre de gonflement est atteint. Le matériau résultant est composé de premiers réseaux bien réticulés, de réseaux matriciels faiblement réticulés et de sel de Li. Par conséquent, il offre des performances mécaniques accrues grâce à la dissipation d'énergie provenant des premiers réseaux sacrificiels et une conductivité ionique élevée en raison d'un plus faible qui peut augmenter la mobilité de la chaîne des réseaux.Dans le chapitre 5, nous nous concentrons sur l'amélioration de la conductivité ionique des polymères conducteurs ioniques tout en maintenant leurs bonnes performances mécaniques. Grâce à la miscibilité de certains IL avec nos réseaux de polymères conducteurs ioniques, nous introduisons deux stratégies distinctes pour concevoir des conducteurs ioniques mécaniquement solides et résistants avec une conductivité ionique élevée à partir des complexes copolymérisés du monomère non polaire MEA et d'autres monomères avec des réseaux pré-étirés.Dans le chapitre 6, nous donnerons une conclusion générale et des perspectives d'avenir basées sur les résultats de cette thèse
Etude expérimentale et simulation du comportement des composés volatils d'arôme durant la distillation Charentaise de Cognac : vers une meilleure compréhension de ce procédé
No full textThe Charentaise distillation is a double batch distillation carried out in copper stills in two successive steps: the distillation of a wine, then that of its distillate. The distillates collected are separated into several fractions, some of which are recycled in one of the two steps of the next batch distillation. During the Charentaise distillation, ethanol and aroma compounds are concentrated in the distillate and some compounds are formed from chemical reactions that are favored by the distillation conditions. This mode of distillation is strongly based on empirical knowledge and the impact of its different parameters on the composition of cognac is still not elucidated. Thus, aiming to contribute to a better understanding of the different phenomena occurring during the Charentaise distillation, this thesis comprised several steps: (1) determination of the volatility of two aroma compounds found in cognac (α- terpineol and ß-damascenone) as a function of the ethanol concentration in the boiling liquid; (2) characterization of the behavior of 88 aroma compounds by monitoring and sampling a both steps of a Charantaise distillation in a 25 hL still and identification of newly formed compounds; (3) simulation with the software BatchColumn (ProSim®) of the concentration profiles of 36 aroma compounds during the two distillations and their comparison with the experimental data in order to validate their thermodynamic equilibrium data; (4) monitoring of the formation of α-terpineol from its glycosylated precursor in distillation conditions; (5) proposal of a calculation method to estimate the composition of freshly distilled cognac from that of wine once a pseudo-steady state is reached.La distillation Charentaise est une distillation discontinue dans un alambic en cuivre qui comprend deux étapes : la distillation d'un vin (chauffe de vin) puis celle de ce distillat (bonne chauffe). L'ensemble des distillats recueillis sont séparés en plusieurs fractions dont certaines sont recyclées dans la chauffe de vin ou la bonne chauffe suivante. Pendant la distillation, l'éthanol et les composés d'arôme du vin sont concentrés dans le distillat et des composés sont formés par des réactions chimiques favorisées par les conditions de distillation. Ce mode de distillation est fortement basé sur des connaissances empiriques et l'effet de différents paramètres de ce procédé sur la composition du cognac reste peu connu. Ainsi, afin d'apporter des éléments de compréhension sur les différents phénomènes se produisant durant la distillation Charentaise, la thèse s'est déroulée en plusieurs étapes : (1) la détermination de la volatilité de deux composés d'arôme du cognac (α-terpineol et ß-damascenone) en fonction de la teneur en éthanol du liquide bouillant ; (2) la caractérisation du comportement de 88 composés d'arôme par le suivi et l'échantillonnage d'une chauffe de vin et d'une bonne chauffe d'un alambic de 25 hL et la mise en évidence des composés néoformés ; (3) la simulation avec le logiciel BatchColumn de ProSim® des profils de concentration de 36 composés d'arôme durant ces distillations et leur comparaison avec les données expérimentales afin de valider ou non leurs données thermodynamiques d'équilibre ; (4) le suivi réactionnel de la formation de l'α-terpineol à partir de son précurseur glycosylé en conditions de distillation ; (5) la proposition d'une méthode de calcul pour estimer la composition de l'eau-de-vie nouvelle de cognac atteinte en régime pseudo-stationnaire à partir de celle du vin