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Interaction Réglable de Champ Moyen et au-delà du Champ Moyen pour un Condensat de Bose-Einstein dans un mélange cohérent de spin
No full textThis thesis explores mean-field and beyond mean-field interactions in a coherently coupled two-component Bose-Einstein condensate (BEC) of ³⁹K atoms. We first establish the theoretical framework describing the atomic structure of potassium-39, interatomic interactions, and Feshbach resonances. We then introduce the mean-field and beyond mean-field theories relevant to ultracold Bose gases. In addition, we describe the physics of coherently coupled two-level systems, including radio-frequency coupling, adiabatic sweeps, and scattering lengths in the dressed-state basis. A major part of the experimental work focuses on developing a high-precision magnetic field stabilization system, essential for accurate and reliable measurements in spinor BECs. We investigate the mean-field interaction energy of a coherently coupled two-component BEC in the lower dressed-state basis, both theoretically and experimentally. The results reveal nonlinearities and saturation effects as functions of density. We then explore the regime of quantum droplets, aiming at observing self-bound states stabilized by quantum fluctuations beyond the mean-field approximation. Finally, we present an experiment on BEC tunneling through optical barriers created using a Digital Micromirror Device and a blue-detuned laser, demonstrating the transition from classical to quantum tunneling and revealing Fabry-Pérot-like interference in matter waves.Cette thèse explore les interactions de champ moyen et au-delà du champ moyen dans un condensat de Bose-Einstein (BEC) à deux composantes de ³⁹K couplé de manière cohérente. Nous établissons d'abord le cadre théorique décrivant la structure atomique du potassium-39, les interactions interatomiques et les résonances de Feshbach. Nous présentons ensuite les théories de champ moyen et les corrections au-delà du champ moyen pertinentes pour les gaz de Bose ultrafroids. Nous décrivons également la physique des systèmes à deux niveaux couplés de manière cohérente, y compris le couplage radiofréquence, les balayages adiabatiques et les longueurs de diffusion dans la base des états habillés. Une grande partie du travail expérimental porte sur le développement d'un système de stabilisation du champ magnétique à haute précision, essentiel pour des mesures fiables et précises dans un BEC à deux composantes. Nous étudions l'énergie d'interaction de champ moyen dans un BEC à deux composantes couplés de manière cohérente, préparé dans l'état habillé, à la fois théoriquement et expérimentalement. Les résultats révèlent des non-linéarités et des effets de saturation en fonction de la densité. Nous explorons ensuite le régime des gouttelettes quantiques, dans le but d'observer des états autoliés stabilisés par les fluctuations quantiques au-delà de l'approximation de champ moyen. Enfin, nous présentons une expérience de tunneling d'un BEC à travers des barrières optiques créées à l'aide d'un dispositif à micromiroirs numériques (DMD) et d'un laser désaccorder vers le bleu, démontrant la transition entre les régimes de l'effet tunnel classique et quantique, ainsi que l'apparition d'interférences de type Fabry-Pérot dans les ondes de matière
Approche matricielle de la microscopie optique en régime de diffusion multiple
No full textThis work focuses on a matrix-based approach to microscopy, which relies experimentally on measuring the reflection matrix of the inspected medium. Post-processing operations are then applied to this matrix in order to compensate for aberrations and to image the medium in depth. To study this approach and understand its limitations, a numerical simulation tool was developed to simulate light propagation in biological tissues. This allowed us to identify various phenomena occurring in the multiple scattering regime (such as coherent backscattering and anisoplanatism) that hinder matrix-based imaging in such conditions. To overcome these issues, we developed a multi-conjugate approach that enables control over multiple forward scattering paths, thereby extending the penetration depth of label-free optical microscopy techniques. Moreover, this approach paves the way for more quantitative imaging, as it allows mapping of the medium's refractive index in reflection.Le travail est porté sur une approche matricielle de de la microscopie quirepose expérimentalement sur la mesure de la matrice de réflexion dumilieu inspecté et qui consiste ensuite à lui appliquer un ensembled'opérations en post-traitement afin de compenser les phénomènesd'aberrations et d'imager le milieu en profondeur . Pour étudiercette approche et comprendre ses limites, a été développé un outilde simulation numérique permettant de simuler la propagation de lalumière dans les tissus biologiques. Ont ainsi pu être identifiésdifférents phénomènes en régime de diffusion multiple(rétrodiffusion cohérente, anisoplanétisme) qui faisaient échouerl'imagerie matricielle dans ce régime. Pour s'affranchir de cesproblèmes, nous avons développé une approche multi-conjuguée permettantde maîtriser les chemins de diffusion multiple vers l'avant et ainsirepousser la profondeur de pénétration des techniques de microscopieoptique sans marquage. En outre, cette approche ouvre une nouvellevoie vers une imagerie plus quantitative puisqu'elle permet decartographier l'indice de réfraction du milieu en réflexion
Asymétrie de rigidités de flexion pour la programmation de formes
No full textIn this thesis, we investigate how asymmetries in bending stiffness influence the behavior of slender structures under tension. Our main motivation is the study of thin-sheet inflatables made from the soldering of stiff textile sheets for shape-morphing and soft robotics applications. We begin with a brief overview of the state-of-the-art and introduce some experimental and modeling tools.The first part of the manuscrit show that arrays of tubes made from two sheets differing in stiffness exhibit very large curvature upon pressurization. We rationalize these results by modeling the cross-section of a single tube as two coupled bending rods under uniform loading. Our experimental validation of these predictions helps us understand the pressure-dependent geometry of inextensible tubes. Our models reveal a boundary layer at the junction of the thin sheets which determines the curvature of inflatable at high pressures. We also address geometric complexities which arise when the assumptions of slender elasticity are broken and when neighboring tubes come into contact. We then measure the effective bending stiffness of arrays of tubes as they inflate, revealing its nonlinear relationship with pressure.Having characterized the mechanics of stiffness-asymmetric array of tubes, we demonstrate their potential for shape programming. By controlling both tube widths and stiffness asymmetry, we precisely program the curvature of slender, rod-like inflatables. We present several examples of inflatables which adopt complex geometries during pressurization, with examples ranging from origami and kirigami to soft robotic grippers and activated inert structures. We then extend our cross-sectional design to inflatables made of three sheets.In a brief interlude, we present a practical application of thin-sheet inflatables in the context of a design exhibition, which led us to preliminary investigations into the destabilization of geometrically frustrated tubular inflatables.The second part of the manuscrit focuses on minimal objects made of two asymmetric ribbons bound at one end and pulled apart at the other ends. This simplified system clearly exhibits the boundary layer theoretically predicted in thin-sheet inflatables, and is optimal to study it. We characteristic the elastic junction near the bonding as two coupled solutions of Euler’s elastica. While the size of the high curvature area near the junction decreases with the pulling force, we observe the surprising existence of the binding angle as a macroscopic signature of the bending stiffness. Our results thus challenge the standard assumption of neglecting bending stiffness of thin sheets at large tensile loading. In addition, we investigate the rotational response of the structure. Leveraging the independence of the binding angle to the pulling force, we introduce the lambda-test — a visual measurement technique to characterize membranes through simple mechanical coupling. We finally introduce a variation of this system by coupling two ribbons of varying widths along their length. This modification eliminates the self-similarity of the junction layer, making the binding angle dependent on pulling force. We validate the tapered elastica as a model for these ribbons and explore strategies to solve the inverse problem.Dans cette thèse, nous montrons comment les asymétries de rigidité en flexion influencent le comportement des structures élancées sous tension. Notre motivation première est l'étude des structures gonflables à feuilles minces fabriquées à partir de la soudure de feuilles textiles rigides pour des applications de programmation de forme et de robotique molle. Nous commençons par un bref aperçu de l'état de l'art et présentons quelques outils expérimentaux et de modélisation.La première partie du manuscrit démontre que les réseaux de tubes fabriqués à partir de deux feuilles de rigidité différente présentent une courbure très importante lorsque pressurisés. Nous rationalisons ces résultats en modélisant la section d'un tube comme deux tiges de flexion couplées sous chargement uniforme, et validons expérimentalement nos résultats. Nos modèles révèlent l'existence d'une couche limite à la jonction des membranes qui gouverne la courbure du tube gonflable à haute pression. Nous nous penchons également sur les complexités géométriques qui apparaissent lorsque l’hypothèse d’élancement des tubes minces est violée et lorsque des tubes voisins entrent en contact. Nous mesurons ensuite la rigidité de flexion effective d’un réseau de tubes pressurisé, révélant sa relation non-linéaire avec la pression.Après avoir caractérisé la mécanique des réseaux de tubes asymétriques, nous démontrons leur potentiel en matière de programmation de la forme. En contrôlant à la fois la largeur des tubes et l'asymétrie de rigidité, nous programmons avec précision la courbure de structures gonflables élancées, semblables à des rubans. Nous présentons plusieurs exemples de structures gonflables qui adoptent des géométries complexes pendant la pressurisation, avec des exemples allant de l'origami et du kirigami à des pinces robotiques et à des structures inertes activées. Nous étendons ensuite notre conception à des configurations de tubes plus complexes, en particulier à des structures gonflables multicouches.Dans un bref interlude, nous présentons une application pratique des structures gonflables à feuilles minces dans le contexte d'une exposition de design, qui nous a conduits à des recherches préliminaires sur la déstabilisation des structures gonflables tubulaires géométriquement frustrées.La deuxième partie du manuscrit se concentre sur des systèmes minimaux constitués de deux rubans asymétriques liés à une extrémité et mis en tension à l'autre. Ce système simplifié présente la même couche limite prédite théoriquement dans les structures gonflables à feuilles minces, et est optimal pour l'étudier. Nous caractérisons la jonction élastique près de la liaison comme deux solutions couplées de l’elastica d'Euler. Alors que la taille de la zone à forte courbure près de la jonction diminue avec la force de traction, nous observons l'existence surprenante de l'angle de liaison en tant que signature macroscopique de la rigidité de flexion. Nos résultats remettent donc en question l'hypothèse standarde qui consiste à négliger la rigidité de flexion des structures élancées en cas de charge de tension importante. En outre, nous étudions la réponse en rotation de la structure. En tirant parti de l'indépendance de l'angle de liaison par rapport à la force de traction, nous introduisons le lambda-test - une technique de mesure visuelle pour caractériser les membranes par le biais d'un simple couplage mécanique.Enfin, nous introduisons une variante de ce système en couplant deux rubans de largeurs variable selon leur longueur. Cela élimine l'auto-similarité de la couche limite, rendant l'angle de liaison dépendant de la force de traction. Nous validons un modèle pour ces rubans et explorons des stratégies pour résoudre le problème inverse : trouver la forme optimale des rubans pour une fonction objective donnée entre l'angle de liaison et la force de traction
Contributions à la détection non supervisée d'anomalies visuelles
No full textThis thesis addresses visual anomaly detection, focusing on unsupervised defect identification in industrial inspection applications. Motivated by recent advances in the field, this work presents contributions to (1) the evaluation standards of anomaly localization, (2) usability of models via post-processing techniques, and (3) model-specific improvements. First, we introduce AUPIMO, a novel evaluation metric that addresses limitations of existing benchmarks. It imposes a hard minimization of false positives on normal samples, encouraging a more challenging and trustworthy evaluation. Experiments across 27 datasets and eight state-of-the-art models demonstrate that AUPIMO provides a more reliable and detailed performance assessment than previous benchmarks. Second, we propose an unsupervised, image-specific threshold selection method for anomaly localization. This method avoids biases introduced by statistics-based thresholds, offering an alternative to color-coded heatmaps. Third, we analyze Gaussian distribution-based models through a novel dimensionality reduction method. This analysis leads to findings that challenge prevailing notions in the field, such as the correlation between variance and model performance. This novel subspace-based dimensionality reduction method, combined with synthetic anomalies, is shown to consistently improve performance. Additionally, we introduce a visualization tool enabling anomaly localization for image-wise Gaussian models. The thesis also presents an incremental improvement to a pixel-wise one-class classification model, enabling more effective use of pixel-wise annotations and faster training. The proposed contributions aim to bridge the gap between research and real-world applications, offering model-agnostic solutions to improve benchmarking and model usability, and model-specific improvements to Gaussian-based models.Cette thèse traite de la détection d'anomalies visuelles, en particulier appliquée à l'identification non supervisée de défauts en applications d'inspection industrielle. Motivé par les récentes avancées dans le domaine, ce travail présente des contributions (1) à d'évaluation de la localisation des anomalies, (2) à la facilité d'utilisation des modèles via des techniques de post-traitement, et (3) à des améliorations spécifiques à des modèles basés sur les distributions gaussiennes. D'abord, nous présentons AUPIMO, une nouvelle mesure d'évaluation qui s'attaque aux limites des emph{benchmarks} actuels. Elle impose une minimisation stricte des faux positifs sur les échantillons normaux, encourageant ainsi une évaluation plus difficile. Des expériences menées sur 27 ensembles de données et huit modèles de l'état de l'art démontrent qu'AUPIMO fournit une évaluation plus fiable et plus détaillée des performances. Deuxièmement, nous proposons une méthode de sélection non supervisée de seuil et spécifique à l'image pour la localisation des anomalies. Cette méthode évite des biais introduits par les seuils basés sur des statistiques et offre une alternative aux emph{heatmaps} codées en couleur. Troisièmement, nous analysons les modèles basés sur distributions gaussiennes à l'aide d'une nouvelle méthode de réduction de la dimensionnalité. Cette analyse aboutit à des résultats qui remettent en question des notions dominantes dans le domaine, telles que la corrélation entre la variance et la performance en détection d'anomalies. Cette nouvelle méthode de réduction de la dimensionnalité basée sur les sous-espaces, combinée à des anomalies synthétiques, permet d'améliorer les performances de manière consistante. Nous présentons également un outil de visualisation permettant de localiser les anomalies pour les modèles gaussiens conçu pour des images entières. La thèse présente également une amélioration incrémentale d'un modèle de classification à une classe, permettant une utilisation plus efficace des annotations au niveau des pixels et un entrainement plus rapide. Les contributions proposées visent à combler l'écart entre la recherche et les applications du monde réel, en offrant des solutions agnostiques aux modèles pour améliorer l'analyse comparative et la facilité d'utilisation des modèles, ainsi que des améliorations spécifiques aux modèles basés sur les gaussiennes
Evaluation de la maturité des systèmes de réalité augmentée et de réalité virtuelle couplés au BIM
No full textThis thesis explores the assessment of the maturity of Augmented Reality (AR) and Virtual Reality (VR) systems coupled with Building Information Modeling (BIM), addressing a critical gap in the proper integration of these technologies in the construction sector. This study aims to develop a framework to evaluate the maturity of these systems based on ISO standards and established assessment models. While addressing the absence of existing adapted methods, the proposed framework incorporates a maturity model structured around four main components and relies on the use of indicators defined according to the ISO/IEC 15939 standard. The application of this standard has led to an evolutionary version of the concept and existing methods, offering maturity indicators based on key elements identified in the literature. These indicators combine several objective and subjective evaluation measures and define adapted interpretation procedures based on decision criteria specified by the standard. Furthermore, a decision-support tool is presented, automating the maturity assessment process and providing concrete recommendations to optimize the use of AR/VR systems coupled with BIM in construction projects. The developed framework has been validated by professional and academic experts, thereby strengthening its relevance and applicability in industrial contexts.Cette thèse explore l’évaluation de la maturité des systèmes de Réalité Augmentée (RA) et de Réalité Virtuelle (RV) couplés au Building Information Modeling (BIM), en répondant à un manque critique dans l’intégration appropriée de ces technologies dans le secteur de la construction. Cette étude vise à développer un framework pour évaluer la maturité de ces systèmes en s’appuyant sur des normes ISO et des modèles d’évaluation établis. Tout en palliant l'absence de méthodes existantes adaptées, le cadre proposé intègre un modèle de maturité structuré autour de quatre parties principales et repose sur l’utilisation d’indicateurs définis selon la norme ISO/IEC 15939. L’application de cette norme a conduit à une version évolutive du concept et des méthodes existantes, proposant des indicateurs de maturité sur la base des éléments clés déterminés de la littérature. Ces indicateurs combinent plusieurs mesures d’évaluation objectives et subjectives et définissent des procédures d’interprétation adaptées, basées sur des critères de décision spécifiés par la norme.En outre, un outil d’aide à la décision est présenté, automatisant le processus d’évaluation de la maturité et fournissant des recommandations concrètes pour optimiser l’utilisation des systèmes RA/RV couplés au BIM dans les projets de construction. Le framework développé a été validé par des experts professionnels et académiques, renforçant ainsi sa pertinence et son applicabilité dans des contextes industriels
Vers un environnement numérique collaboratif pour l'analyse multimodale du comportement de structures
No full textEvaluating the stability of built structures and understanding their structural behavior are critical for shaping their resilience. Heritage buildings present unique challenges in structural diagnosis due to the complexity and diversity of techniques employed throughout their lifecycle. However, interdisciplinary collaboration between Cultural Heritage and Architecture, Engineering, and Construction fields faces obstacles from the heterogeneity of produced information. This often results in linear, disconnected diagnostic processes instead of iterative and integrated ones.This study proposes linking structural diagnostic information and processes using a knowledge graph built on Semantic Web technologies. Its development follows a dual methodological approach: reusing the CIDOC CRM ontology via ontological patterns and defining a system architecture to manage and preserve this information.The study focuses on combining visual inspection data, such as masonry deterioration, with mechanical simulation results using the Discrete Element Method to support decision-making during diagnosis and restoration strategy design. This approach is applied to the structural diagnosis of Notre-Dame de Paris' buttressing system, demonstrated through a proof-of-concept.L'évaluation de la stabilité d'un ouvrage bâti et une bonne compréhension du comportement de sa structure sont des enjeux cruciaux pour construire leur résilience. Parmi eux, les ouvrages patrimoniaux sont autant de cas uniques, présentant des enjeux de diagnostic structurel dont la complexité n'équivaut qu'à la diversité des techniques mises en oeuvre au long de leur cycle de vie. Toutefois, l'effort interdisciplinaires entre les disciplines du Patrimoine Culturel et celles de l'Architecture, Ingénierie et Construction nécessaires à la création du corpus de connaissances adéquat se heurte à l'hétérogénéité des informations produites. Il en résulte des processus de diagnostic linéaires et disjoints, plutôt que cycliques et connectés.Cette étude propose de connecter les informations et processus du diagnostic structurel à travers un graphe de connaissances, basé sur la pile technologique du Web Sémantique. Sa construction repose sur une démarche méthodologique duale: la réutilisation de l'ontologie CIDOC CRM par des motifs ontologiques, et la définition d'un système et de son architecture pour pérenniser et manipuler ces informations.Le point focal de l'étude porte sur la combinaison des informations de l'inspection visuelle, notamment les altérations de la maçonnerie, et les résultats de simulation mécanique par la Méthode des Éléments Discrets, afin d'informer la prise de décision en phase de diagnostic et pour la conception de stratégies de restauration. Cette approche est appliquée au diagnostic structurel du système de contrebutement de la cathédrale Notre-Dame de Paris, et démontrée par une preuve de concept
Effet de la trempe, du revenu et des ségrégations chimiques sur la microstructure et la tenue en résilience d'un acier 18MND5 pour gros composants forgés
No full textMn-Ni-Mo bainitic low-alloy steels, such as the 16-20MND5 family, are used for the manufacturing of heavy pressure vessels for the nuclear industry. Quality control of these components must satisfy strict impact toughness requirements in the Ductile to Brittle Transition Temperature (DBTT) range which are dependent on the microstructure. These alloys exhibit millimeter-sized microstructural heterogeneities that are inherited from slow solidification and cannot be avoided. Furthermore, microstructure characteristics also depend on the heterogeneities of thermal history due to the large thickness of these components. Few systematic studies exist on the effect of millimetric-scale segregation and cooling rate on the microstructure and impact toughness. The beginning and end stages of the tempering treatment (slow heating and post-weld stress relieving), and the size effect of massive parts have not been yet investigated.By using metallographic observations, electron backscatter diffraction (EBSD), X-ray diffraction (DRX), and micro-hardness, the microstructure was characterized for specimens of different size, cooling rate and tempering conditions. After austenitisation, the quenching rate in regions of interest of the considered full-scale forged part was between 4000°C/h and 1000°C/h on a full-scale forged part. In the as-quenched state, the bainitic microstructure remained similar for all cooling rates despite higher local hardenability due to segregations, and Martensite/Austenite islands (MA) were detected in low quantity (2-3% of retained austenite). During slow heating (a few dozens of degrees per hour), MA constituents decomposed under 400°C into ferrite and carbides of various morphologies. At the end of heating, at 645°C, these carbides became more spherical and secondary M2C precipitation occurred. Subsequent tempering at 645°C did not induce cementite coarsening. There was no visible effect of the cooling rate during quenching on the microstructural changes undergone during further heating and tempering. The size of heat-treated specimens (from 10 grams to several tons) did not significantly impact the local microstructure for identical thermal heat treatment conditions.Instrumented impact toughness tests showed that the DBTT increased from -46°C up to -16°C for tempering durations from 2h to 20h. That change was related to an increase in the probability of initiating cleavage fracture at low temperatures (mainly -60°C and -40°C). Analysis of fracture surfaces showed that the phenomenon was associated with the coarsening of Mo and Mn rich particles located at the cleavage fracture initiation sites near former austenite grain boundaries. Due to their composition, these particles were believed to be M23C6 carbides. However, M23C6 was not predicted by thermodynamic equilibrium analysis despite considering enrichment from segregations and MA. The discussion suggests that the impact toughness decrease could come from an increase in the density of potential cleavage initiation sites in the material, originating from the coarsening of these specific carbides.Les aciers bainitiques faiblement alliés de nuance 16-20MND5 sont utilisés pour les gros composants forgés des Réacteurs nucléaires à Eau Pressurisée (REP). La certification de ces composants répond à des critères stricts de résilience dans le domaine de la transition ductile fragile qui dépendent de la microstructure. Ces composants sont caractérisés par des hétérogénéités de composition millimétriques héritées de la solidification, qui ne peuvent pas être éliminées. La microstructure, aussi définie par l'histoire thermique de l'alliage, est affectée par la massivité des pièces qui induit un gradient de cinétique de chauffage et de refroidissement dans l'épaisseur. Les études systématiques de la microstructure et de la résilience en fonction de la ségrégation millimétrique et de la vitesse de trempe restent cependant parcellaires. C'est notamment le cas des configurations de début et de fin de revenu (chauffage lent et traitement de détensionnement) et sur des échantillons représentatifs de la réalité industrielle.Au moyen de caractérisations métallographiques, de diffraction électronique (EBSD), de diffraction des rayons X (DRX), et de micro-dureté, la microstructure est caractérisée systématiquement sur des échantillons à différentes échelles lors de la trempe et du revenu. La vitesse de trempe post-austénitisation, dans les zones d'intérêt, est déterminée entre 4000°C/h et 1000°C/h sur une pièce à échelle 1. La microstructure bainitique brute de trempe reste similaire dans cette gamme malgré la trempabilité locale plus élevée des zones ségrégées, et s'accompagne de la présence d'îlots de Martensite et d'Austénite (MA) en quantité faible (2-3% d'austénite résiduelle). Au cours d'un chauffage lent (quelques dizaines de degrés par heure), les MA se décomposent en-dessous de 400°C en carbures présentant des morphologies diverses. En fin de chauffage, à 645°C, ces morphologies s'homogénéisent en partie et des carbures M2C précipitent. Le palier de revenu à 645°C ne s'accompagne pas d'un grossissement important des précipités de type cémentite. Aucun effet sensible de la vitesse de trempe sur l'évolution microstructurale au chauffage ou au revenu a été constaté. La massivité des échantillons traités (de quelques grammes à plusieurs tonnes) n'a également pas d'effet sur la microstructure locale pour des conditions de traitement thermique identiques.Les essais de résilience instrumentés montrent que la Température de Transition Ductile-Fragile (TTDF) peut augmenter de -46°C à -16°C entre 2h et 20h de revenu. Cette évolution résulte de l'augmentation de la probabilité (donc de la précocité) de l'amorçage du clivage (principalement à -60°C et -40°C). Les analyses fractographiques montrent que ce phénomène est associé au grossissement de particules riches en Mn et Mo localisées sur les sites d'amorçage du clivage près d'un joint de forte désorientation. Du fait de leur composition, ces particules sont suspectées d'être de type M23C6. Ce carbure n'est cependant pas prévu à l'équilibre par les calculs thermodynamiques malgré les variations de composition pouvant provenir de la ségrégation ou des MA. La discussion propose que la réduction de la résilience proviendrait d'une augmentation de la densité de sites d'amorçage potentiels du clivage, à la suite de la croissance de ces carbures spécifiques
Fusion magnéto-visuelle-inertielle pour la localisation en intérieur
No full textSince the last decade, indoor localization is a booming research area in the scientific community. Indeed, many applications with a strong potential for industrial opportunities are possible. For example, marketing agencies are considering adapting the display of advertising according to a user's position. For military and firefighters, a precise localization is useful during an intervention in buildings to facilitate and make more effective the outside support. This thesis will investigate the fusion of Visual/inertial/magnetic sensor to deal with large scale indoor localization. Adding a magnetometer to a visual/inertial sensor system would allow correcting on a permanent basis and locally the estimated trajectory, as well as assisting vison in the detection of areas already visited, and then large-scale correction of the drift that has occurred between several passages at the same location. The first work will concern magneto/visual loop closure detection. Then, work will be carried out on the a posteriori correction of the effects of drift on the magnetic map. Finally, the use of implicit maps, built from neural networks and requiring less memory space, will be considered. The physical constraints of the magnetic field will have to be taken into account and it will be necessary to associate an uncertainty to the map predictions.La problématique de la localisation en intérieur connaît un grand essor dans la communauté scientifique ces dernières années. En effet les applications sont nombreuses : dans le civil par exemple, les agences de marketing envisagent d'adapter l'affichage de la publicité en fonction de la position d'un utilisateur. Pour les militaires et les pompiers, une localisation précise dans les bâtiments pendant une intervention permettrait de faciliter et de rendre plus efficace le travail de soutien des forces restées à l'extérieur du bâtiment. Dans cette thèse nous étudierons la fusion de capteurs visuel/inertiel/magnétique pour résoudre le problème de navigation en intérieur à grande échelle. L'ajout d'un capteur magnétique à un système visuel/inertiel permettrait de corriger localement en permanence la trajectoire ainsi que d'assister la vision dans la détection de zone déjà visitée, puis la correction à grande échelle de la dérive survenu entre les différents passages aux mêmes endroits. Les premiers travaux concerneront relocalisation magnéto/visuelle. Ensuite, des travaux concernant la correction a posteriori des effets de la dérive sur la carte magnétique seront menés. Enfin l'utilisation de cartes implicites, construite à partir de réseaux de neurones et moins gourmandes en espace mémoire, sera envisagé. Les contraintes physiques du champ magnétique devront être prises en compte et il faudra associer une incertitude aux prédictions
Méthode volumes-finis basée sur des techniques d’apprentissage automatique pour la dynamique des fluides
No full textNonlinear hyperbolic partial differential equations (PDEs) are ubiquitous in mathematical physics to represent complex phenomena like fluids mechanics, wave propagation, electromagnetism, etc. Solutions to nonlinear hyperbolic conservation laws are characterized by the propagation of wave-like structures at finite speed and whose solutions may develop discontinuities. Their approximation faces important issues associated to the low regularity of the solution, or to some underlying physical principles that need to be satisfied at the discrete level such as entropy stability.Machine Learning (ML) offers promising alternatives offering efficient scaling and generalization across parameters or boundary conditions for the approximation of solutions to PDE problems. Neural networks, as universal function approximators, have been leveraged in various forms to accelerate simulations, discover governing equations, or hybridize with physics-based models. Yet these models suffers stability issues when applied to hyperbolic PDEs, and often lacks hard-constraints to meet physical constraints.Recent research explores hybrid solvers embedding Machine Learning within existing methods like the finite volume method (FVM) specifically for hyperbolic PDEs. Applications include shock capturing, flux limiting, artificial viscosity, and flux prediction, with extensions to unstructured meshes. While progress is evident, ML-enhanced finite volume solvers face key limitations balancing accuracy, stability, and computational efficiency while guaranteeing conservation laws.This thesis addresses these gaps by developing an interpretable and entropy-consistent sub-grid model with super-resolution properties within finite volume schemes. The approach integrates a learned spatial discretization into a limited second-order FV methods, augmented with regularizers to ensure stability. The method reproduces fine-grid results on coarse meshes while maintaining physical constraints, thus advancing ML-augmented solvers toward practical robustness.In the context of a collaboration, a hard constrained ML solver for Hamiltonian PDEs is also presented. In this work, the known self-attention mechanism of the transformer architecture is adapted to be volume-preserving, a wanted property for divergence-free systems.Les équations aux dérivées partielles (EDPs) hyperboliques non linéaires jouent un rôle prépondérant en physique pour modéliser différents phénomènes complexes, tels que les fluides ou encore l'électromagnétisme. Dans le cadre de l'étude de systémes hyperboliques, il est important de noter que, quelle que soit la régularité des conditons initiales ou aux limites utilisées, des discontinuités peuvent apparaître après un temps fini. Par conséquent, il est essentiel d'étudier ces EDPs au sens des distributions, où l'on recherche des solutions faibles. Les solutions dites faibles ne sont pas uniques. Il est alors nécessaire de compléter ces équations par des conditions d'admissibilité supplémentaires afin de sélectionner l'unique solution physique. Ces conditions peuvent prendre la forme d'une inégalité entropique.Tandis que les calculs numériques visent à supplanter différentes démarches expérimentales, ils deviennent de plus en plus lourds en termes de temps de calcul afin de capturer toutes les différentes échelles. L'apprentissage automatique propose des alternatives prometteuses permettant une mise à l'échelle et une généralisation efficace pour l'approximation de solutions EDP. Les réseaux neuronaux, en tant qu'approximateurs de fonctions universels, ont été utilisés sous diverses formes afin d'accélérer les simulations, découvrir des équations régissant certains phénomènes ou s'hybrider avec des modèles basés sur la physique. Cependant, ces modèles sont sujets à des problèmes de stabilité, attribuables à la présence de discontinuités dans les solutions de systémes hyperboliques. De plus, ces méthodes sont souvent dépourvues de contraintes strictes pouvant répondre à certaines contraintes physiques.Des recherches récentes explorent des solveurs hybrides intégrant l'apprentissage automatique dans des schémas numériques existants telles que la méthode des volumes finis (FVM), en particulier pour les équations différentielles aux dérivées partielles hyperboliques. Lesdites applications englobent la capture des chocs, la limitation des flux, la viscosité artificielle ou la prédiction de flux, avec des extensions aux maillages non structurés. Bien que des progrès notables aient été réalisés, les solveurs volumes finis améliorés par l'apprentissage automatique sont confrontés à des limitations majeures lorsqu'il s'agit d'équilibrer précision, stabilité et efficacité computationnelle tout en garantissant certaines lois de conservation.Cette thèse vise à combler ces lacunes en développant un modèle interprétable de sous-maille cohérent avec une inégalité d'entropie et doté de propriétés de super-résolution dans le cadre de schémas à volumes finis. Cette approche méthodologique intégre une discrétisation spatiale apprise dans un schéma volumes finis d'ordre deux, afin de garantir la stabilité du système. La méthode en question reproduit les résultats obtenus sur des maillages fins sur des maillages grossiers, tout en conservant les contraintes physiques.Dans le cadre d'une collaboration, un solveur machine learning pour les EDPs hamiltoniennes est également présenté. Lors de cette étude, le mécanisme d'auto-attention, venant de l'architecture du transformer, est adapté afin de préserver le volume, une propriété recherchée dans le contexte des systèmes hamiltoniens
Contribution à l'étude de l'impact des technologies de l'Industrie 5.0 et de leurs leviers d'engagement sur les modèles d’autonomie émergents
No full textConsideration of the challenges of Industry 5.0 (I5.0) is today leading to the development of new models of autonomy induced by the reinforcement of decision-making processes by new technologies. Current research methodologies are struggling to study these issues holistically, and the link with employee engagement in particular remains insufficiently explored. The aim of this research is to develop a valid and reproducible research methodology to study the impact of I5.0 technologies and their engagement drivers on emerging autonomy models. A systematic literature review helped characterize existing research and justify the creation of a use case model based on the decomposition of a research meta-question. A Delphi-Régnier study then identified the potential offered by different engagement drivers intrinsic to the use of new technologies. This research work thus contributes to the integrated study of the impact of technologies and their engagement levers on I5.0 autonomy models.La prise en compte des enjeux de l’Industrie 5.0 (I5.0) conduit aujourd’hui à développer de nouveaux modèles d’autonomie induits par le renforcement de processus décisionnels par les nouvelles technologies. Les méthodologies de recherche actuelles peinent à étudier ces sujets de manière holistique et le lien avec l'engagement des employés reste notamment trop peu exploré. Ce travail de recherche vise à développer une méthodologie de recherche valide et reproductible qui permette d'étudier l’impact des technologies de l’I5.0 et de leurs leviers d'engagement sur les modèles d’autonomie émergents. Une revue de la littérature systématique a permis de caractériser les recherches existantes et de justifier la création d’un modèle de cas d’usage basé sur la décomposition d’une méta-question de recherche. Une étude Delphi-Régnier a ensuite permis d’identifier le potentiel offert par différents leviers d'engagement intrinsèques aux usages des nouvelles technologies. Ce travail de recherche contribue ainsi à l’étude intégrée de l'impact des technologies et leurs leviers d'engagement sur les modèles d’autonomie de l’I5.0