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Stabilisation/solidification de sols contaminés aux oxyanions par de l'oxalate de fer et un mélange d'oxyde de magnésium et de ciment à base d'argile calcinée : évaluation des effets de la carbonatation et des tests réglementaires de lixiviation
No full textManaging excavated soils with trace contamination of oxyanion-forming metal(loids) such as antimony (Sb) and molybdenum (Mo) poses a growing environmental and regulatory challenge. This study evaluates solidification/stabilization (S/S) strategies with industrial applicability. Two contrasting soils were selected: a carbonate-rich limestone tunnel sludge (LTS) contaminated with Mo, and a silicate-rich industrial soil (ICS) contaminated with Mo and Sb, rich in organic matter. After screening over 100 formulations, two treatments were selected: iron(II) oxalate (FeOx) at 2% for LTS and 6% for ICS, enabling rapid immobilization of Mo and Sb through sorption onto hydrous ferric oxides, and (ii) a blend of 1% MgO + 3% LC3 (limestone calcined clay cement), stabilizing Mo in LTS via brucite sorption while improving geotechnical properties and enhancing sulfate retention through ettringite formation. Their performance was evaluated using European and U.S. leaching tests (EN 12457-2, TCLP, US EPA 1313-1315), along with an accelerated carbonation protocol on MgO-LC3-treated LTS. FeOx achieved >90% reduction of Mo and Sb leaching in ICS and 67% Mo reduction in LTS within 6h, with optimal pH ≤ 9. Dynamic tests confirmed strong retention: substantive reduction in cumulative Mo release and effective peak mitigation at low L/S ratios. MgO-LC3 reduced Mo by >97% within 24h and maintained >90% retention post-carbonation, likely due to the formation of hydromagnesian carbonates and M-S-H phases. Both treatments proved fast, robust, and compatible with regulatory standards, offering viable options for the sustainable remediation of oxyanion-contaminated soils.La gestion des terres excavées contaminées en concentrations traces par des oxyanions de métaux(lloïdes) tels que l'antimoine (Sb) et le molybdène (Mo) représente un défi environnemental et réglementaire croissant. Cette étude évalue des stratégies de stabilisation/solidification (S/S) en tenant compte des contraintes d'applicabilité industrielle. Deux sols différenciés ont été étudiés : des fines de tunnelier calcaire (LTS) contaminées en Mo, et un sol silicaté issu d'une friche industrielle (ICS) co-contaminé en Mo et Sb, riche en matière organique. Après l'évaluation de plus de 100 formulations, deux traitements ont été retenus : l'oxalate de fer(II) (FeOx) à 2% dans LTS et 6% dans ICS, permettant l'immobilisation rapide de Mo et Sb par sorption sur des oxydes ferriques amorphes, et un mélange 1% MgO + 3% LC3 (ciment calcaire-argile calcinée), stabilisant le Mo dans le LTS via la sorption sur la brucite, tout en améliorant les propriétés géotechniques et la rétention des sulfates par formation d'ettringite. Leurs performances ont été évaluées à l'aide de protocoles de lixiviation européens et américains (EN 12457-2, TCLP, US EPA 1313-1315), ainsi que d'un test de carbonatation accélérée pour le LTS traité au MgO-LC3. FeOx a permis une réduction >90 % du relargage de Mo et Sb dans l'ICS et de 67 % du Mo dans le LTS en 6h, avec une efficacité optimale à pH ≤ 9. Les tests dynamiques ont confirmé la réduction du relargage cumulatif et l'atténuation des pics de lixiviation à faibles rapports L/S. Le MgO-LC3 a quant à lui réduit >97 % le relargage de Mo en 24 h, avec une efficacité maintenue >90 % après carbonatation, probablement suite à la formation de carbonates hydromagnésiens et de phases M-S-H. Ces deux traitements sont rapides, robustes et conformes aux exigences réglementaires pour une remédiation des sols contaminés par des oxyanions
Microstructure, des propriétés mécaniques et tribologiques de l'acier H13 traité par fusion laser sur lit de poudre avec contrôle thermique in-situ
No full textLaser powder bed fusion (LPBF) offers significant potential for manufacturing complex structures with high dimensional accuracy, attracting widespread interest in the die and mold industry. AISI H13 steel, a representative hot work tool steel, is extensively used in this field due to its high strength, hardness, and resistance to wear and thermal degradation. However, its susceptibility to cracking during LPBF processing, caused by high residual stress, remains a major challenge. Preheating the substrate is an effective strategy to reduce residual stress and mitigate cracking, but it also induces in-situ heat treatment effects, influencing the microstructure and mechanical properties. To optimize LPBF-processed H13 steel for die and mold applications, it is crucial to understand how preheating temperature affects microstructure evolution and mechanical performance, particularly wear and tensile properties.In this study, H13 steel specimens with relative densities exceeding 99.9% were fabricated via LPBF at different preheating temperatures. The microstructural evolution during LPBF was analyzed, along with its influence on wear behavior under varying applied loads and tensile properties. The correlation between microstructure and mechanical performance was further explored to design an optimal heat treatment strategy for enhancing hardness and wear resistance.Increasing the preheating temperature from 200°C to 500°C reduced retained austenite (γR) content. In the 200°C preheated (200PH) sample, intracellular γR fully transformed into martensite during cooling. In contrast, in the 500°C preheated (500PH) sample, intracellular γR partially transformed into bainite before undergoing martensitic transformation. Higher preheating temperatures enhanced hardness and wear resistance. Under low applied loads, improved wear resistance was attributed to high hardness and tribo-oxide layer formation, whereas under high applied loads, strain hardening in the deformation layer played a dominant role.The yield strengths of 200PH and 500PH were 1065.36 ± 78.76 MPa and 1451.13 ± 5.02 MPa, respectively, with 500PH exhibiting superior yield strength compared to previously reported LPBF-processed H13 steel. Strain hardening analysis, load-unload-reload (LUR) testing, and crack propagation studies revealed distinct strengthening and damage evolution mechanisms. In 200PH, γR deformed plastically under martensitic constraints, resulting in strong back-stress strengthening, followed by synergistic deformation of γR and martensite until crack initiation. In 500PH, γR deformed under both bainitic and martensitic constraints, exhibiting a high strain-hardening exponent. As deformation progressed, γR and bainite co-deformed with reduced back-stress strengthening, leading to crack initiation at martensite-bainite interfaces.These findings clarify the relationships between processing conditions, microstructural characteristics, and mechanical behavior, providing a foundation for optimizing LPBF processing parameters for H13 steel. To further enhance the properties of 500PH, direct aging treatments were applied to adjust the microstructure and further improve the mechanical properties. The sample tempered at 500°C for 8 h (H13-500/8h) exhibited a hardness of 678.95 ± 11.14 HV1.0 while retaining its cellular structure. After tempering at 550°C for 4 h (H13-550/4h), the hardness increased to 664.77 ± 13.06 HV1.0, with a dissolved cellular structure. H13-550/4h demonstrated superior wear resistance compared to H13-500/8h, and both outperformed conventionally manufactured H13 steel.These findings offer crucial guidance for optimizing process parameters and heat treatment strategies to precisely control the microstructure and enhance the mechanical properties of LPBF-processed H13 steel, facilitating its advanced applications in die and mold manufacturing.La fusion laser sur lit de poudre (LPBF) offre un fort potentiel pour la fabrication de structures complexes à haute précision, notamment dans l’industrie des moules et matrices. L’acier AISI H13, couramment utilisé dans ce domaine pour sa résistance à l’usure et à la dégradation thermique, présente cependant une susceptibilité à la fissuration en raison des contraintes résiduelles élevées lors du processus LPBF. Le préchauffage du substrat est une stratégie pour réduire ces contraintes et limiter la fissuration, mais il influence également la microstructure et les propriétés mécaniques de l’acier.Cette étude analyse l'impact de la température de préchauffage sur l’évolution microstructurale et les performances mécaniques de l’acier H13 fabriqué par LPBF. Des échantillons avec une densité relative supérieure à 99,9 % ont été fabriqués à différentes températures de préchauffage. L’analyse microstructurale a montré que l'augmentation de la température de préchauffage de 200°C à 500°C a réduit la teneur en austénite résiduelle (γR). Dans l’échantillon préchauffé à 200°C (200PH), l’austénite intracellulaire a été entièrement transformée en martensite, tandis que dans l’échantillon à 500°C (500PH), l’austénite a partiellement été transformée en bainite avant de subir une transformation martensitique.L’augmentation de la température de préchauffage a conduit à une amélioration de la dureté et de la résistance à l’usure. Sous faibles charges appliquées, cette amélioration a été attribuée à la dureté élevée et à la formation d’une couche tribo-oxydée, tandis que sous charges élevées, l’écrouissage dans la couche de déformation est devenu dominant.Les limites d’élasticité des échantillons 200PH et 500PH étaient respectivement de 1065,36 ± 78,76 MPa et 1451,13 ± 5,02 MPa, 500PH affichant une résistance supérieure à celle des aciers H13 produits par LPBF rapportés précédemment. L’analyse de l’écrouissage, les essais de charge-décharge-recharge (LUR) et les études de propagation des fissures ont révélé des mécanismes distincts de renforcement et d’endommagement. Dans 200PH, γR s’est déformée plastiquement sous la contrainte de la martensite, entraînant un fort renforcement par contrainte arrière, suivi d’une déformation synergique de γR et de la martensite jusqu’à l’amorçage des fissures. Dans 500PH, γR s’est déformée sous la contrainte conjointe de la bainite et de la martensite, présentant un fort coefficient d’écrouissage. Avec la progression de la déformation, γR et la bainite ont subi une co-déformation avec un renforcement par contrainte arrière réduit, conduisant à l’initiation des fissures aux interfaces martensite-bainite..Afin d’améliorer les propriétés mécaniques, des traitements de vieillissement direct ont été appliqués. L’échantillon revenu à 500°C pendant 8 h (H13-500/8h) a atteint une dureté de 678,95 HV1,0 tout en conservant sa structure cellulaire. Après un revenu à 550°C pendant 4 h (H13-550/4h), la dureté a augmenté à 664,77 HV1,0 avec dissolution de la structure cellulaire. H13-550/4h a montré une meilleure résistance à l’usure que H13-500/8h et surpassé l’acier H13 conventionnel.Ces résultats permettent d’optimiser les paramètres du procédé LPBF pour l’acier H13, et d’ajuster les stratégies de traitement thermique pour améliorer ses propriétés mécaniques et faciliter son application dans l’industrie des moules et matrices
Propriétés de surface, chimie de l’eau de mer et déstabilisation de suspensions microalgales
No full textMicroalgae in seawater form stable bio-colloidal suspensions. Understanding the mechanisms governing their destabilization is essential for optimizing cell harvesting—one of the key steps to insure energy efficient microalgal production. This study investigates the destabilization of microalgal cells in seawater under alkaline conditions. While this phenomenon has been previously observed, an approach at the physical chemistry level is required to elucidate the mechanism driving floc formation. To assess potential cell-cell interactions under these conditions, we developed a dual micropipette assay. However, our findings indicate that the forces measured at high pH arise rather from the mechanical response of inorganic precipitates that preferentially accumulate on the microalgal surface, thereby preventing direct contact between cells. Furthermore, by analyzing the electrophoretic mobility of cells, we were the among the firsts to confirm that microalgae exhibit an electrokinetic behavior characteristic of soft, permeable interfaces. Unlike hard, non-permeable particles, microalgal cells possess a polymeric surface layer that distributes charge within its volume, weakening repulsive interactions from the electric double layer (EDL) compared to classical models. Additionally, we identified, for the first time in microalgal suspensions, two distinct sedimentation behaviors depending on the hydrolysis rate of seawater: (i) individual aggregate settling and (ii) network formation (percolation) leading to collective sedimentation. We define an optimal hydrolysis rate range that promotes rapid sedimentation while minimizing precipitate formation under the conditions studied. These findings provide new insights into microalgal flocculation mechanisms and can contribute to the development of more efficient and sustainable biomass recovery strategies, with potential applications in biofuel production and beyond.Les microalgues en suspension dans leur milieu de culture sont des bio-colloïdes stables dont il faut comprendre les mécanismes de déstabilisation pour optimiser la récolte, l'une des étapes clés dans le bilan énergétique de la production de microalgues. Cette étude examine la déstabilisation des cellules de microalgues en conditions alcalines. Bien que ce phénomène ait déjà été observé, une approche plus physico-chimique est nécessaire pour élucider le mécanisme à l'origine de la formation de flocs. Pour évaluer les interactions potentielles entre cellules dans ces conditions, nous avons développé un essai à double micropipette. Nos résultats montrent cependant que les forces mesurées à pH élevé résultent d'une réponse mécanique des précipités inorganiques qui s'accumulent préférentiellement à la surface des microalgues, empêchant ainsi le contact direct entre les cellules. De plus, en analysant la mobilité électrophorétique des cellules, nous avons été parmi les premiers à envisager que les microalgues puissent présenter un comportement électrocinétique de particules avec des interfaces molles et perméables. Contrairement aux particules rigides et non perméables, les cellules de microalgues possèdent une couche de surface polymérique qui distribue la charge à l'intérieur de son volume, ce qui affaiblit, à charge égale, les interactions répulsives provenant de la couche double électrique (EDL) par rapport aux modèles classiques. Enfin, nous avons identifié pour la première fois sur des supensions algales deux comportements de sédimentation distincts en fonction du taux d'hydrolyse de l'eau de mer: (i) la sédimentation des agrégats individuels et (ii) la formation de réseaux (percolation) menant à une sédimentation collective. Nous définissons une plage optimale de taux d'hydrolyse favorisant une sédimentation rapide tout en minimisant la formation de précipités dans les conditions étudiées. Ces résultats apportent de nouvelles perspectives sur les mécanismes de flocculation des microalgues et peuvent contribuer au développement de stratégies de récupération de biomasse plus efficaces et durables, avec des applications potentielles dans la production de biocarburants
Apport à la simulation multiphysique du procédé LMD par couplage buse-pièce
No full textThe LMD (Laser Metal Deposition) process is an additive manufacturing technique stemming from laser reloading. It consists in melting the part in a specific spot using a laser beam, and then forming the welding track by projecting a powder stream into the melt pool. Control of the process mainly depends on the proper setting of the laser power, the feed rate and the powder mass flow rate. However, the impact of these parameters on the geometry of the beads remains difficult to quantify and is the subject of several studies. The aim of this work is to build a numerical model able to predict the geometry of the deposit based on the aforementioned parameters, the specifications of the machine and the material properties. The trajectory of the powder particles in the nozzle is simulated by particle tracing in order to obtain an image of the powder stream at the outlet. While taking powder stream attenuation into account, beam propagation is also computed by ray tracing. The results of these two sub-models feed a simulation of the thermos-hydrodynamics in the substrate, responsible for the molten pool. At each step, the numerical data obtained is validated then compared with the results of experiments. This study thus offers a global model of the process, from the nozzle to the bead formation, which does not require prior experimental data, solely used to validate the possibilities and limits of the simulation.Le procédé LMD (Laser Metal Deposition) est une technique de fabrication additive dérivée du rechargement laser. Il consiste à fusionner localement la pièce à l’aide d’un faisceau laser pour pouvoir ensuite y ajouter de la matière par projection d’un jet de poudre métallique sur le bain liquide. La maîtrise du procédé dépend principalement du réglage de la puissance laser, de la vitesse d’avance et du débit massique de poudre. Toutefois, l’impact de ces paramètres sur la géométrie des dépôts réalisés reste difficile à quantifier et fait l’objet de nombreuses études. L’objectif de ces travaux est de construire un modèle numérique pouvant prédire la géométrie du cordon en partant de ces paramètres, des caractéristiques de la machine de LMD et des propriétés du matériau. La trajectoire des particules de poudre dans la buse de projection est simulée par lancer de particules pour obtenir une représentation du jet de poudre en sortie. La propagation du faisceau est également calculée par lancer de rayons, en prenant en compte l’atténuation du jet. Les résultats de ces deux sous-modèles alimentent une simulation de la thermo-hydrodynamique au niveau du substrat, responsable de la zone fondue. A chaque étape, les données numériques obtenues sont validées par comparaison avec des travaux expérimentaux. Cette étude propose ainsi un modèle global du procédé, de la buse jusqu’à la formation du cordon, ne nécessitant pas d’essais expérimentaux au préalable et dont les possibilités et les limites ont été validées par des comparaisons avec le réel
Des éthers de cellulose aux bio-aérogels : Vers des vecteurs de médicaments sans additifs
No full textThis thesis explores the potential of neat cellulose ethers, particularly carboxymethyl cellulose (CMC) and methylcellulose (MC), for making aerogels aimed at drug delivery applications and complex shape manufacturing via 3D printing. Despite the widespread use of cellulose ethers in medicine and industry, neat CMC or MC aerogels remain scarcely explored. Lightweight aerogels with high specific surface area (up to several hundred m²/g) were prepared through non-solvent induced phase separation followed by supercritical CO₂ drying. Alternative drying routes, such as freeze-drying and evaporative drying, were also used to produce cryogels and xerogels for comparative analysis. The structure and morphology of the materials were thoroughly characterized, and drug release behavior was assessed using a model drug (L-Ascorbic acid 2-phosphate) in simulated wound exudate. The results demonstrate that both CMC and MC aerogels are promising candidates for drug delivery. Mechanical properties of CMC aerogels and cryogels were evaluated via uniaxial compression tests combined with digital image correlation. Direct ink writing was successfully applied to neat CMC solutions without any additives or crosslinking, only by adjusting solutions' rheological properties. Aerogels were then made from the printed structures through drying with supercritical CO2. These findings provide an important basis for the design and manufacturing of customized biopolymer porous scaffolds for drug delivery, tissue engineering, and other related applications.Cette thèse explore le potentiel des éthers de cellulose purs, en particulier la carboxyméthylcellulose (CMC) et la méthylcellulose (MC), pour la fabrication d'aérogels destinés à des applications en administration de médicaments ainsi qu'à la production de formes complexes via l'impression 3D. Bien que les éthers de cellulose soient largement utilisés dans les domaines médical et industriel, les aérogels obtenus à partir de CMC ou de MC non modifiés restent très peu étudiés. Des aérogels légers, présentant une surface spécifique élevée (jusqu'à plusieurs centaines de m²/g), ont été préparés par séparation de phase induite par non-solvant, suivie d'un séchage au CO₂ supercritique. D'autres procédés de séchage, tels que la lyophilisation et le séchage évaporatif, ont également été utilisés pour produire respectivement des cryogels et des xérogels, dans un but comparatif. La structure et la morphologie des matériaux ont été caractérisées de manière approfondie, et le comportement de libération du médicament a été évalué à l'aide d'un médicament modèle (acide L-ascorbique 2-phosphate) dans un exsudat simulé de plaie. Les résultats montrent que les aérogels de CMC et de MC constituent des candidats prometteurs pour l'administration de médicaments. Les propriétés mécaniques des aérogels et des cryogels de CMC ont été mesurées par des essais de compression uniaxiale couplés à une analyse par corrélation d'images numériques. L'impression directe à l'encre a été appliquée avec succès, pour la première fois, à des solutions aqueuses de CMC sans aucun additif ni agent de réticulation, uniquement en ajustant leurs propriétés rhéologiques. Des aérogels ont ensuite été obtenus à partir des structures imprimées, par séchage au CO₂ supercritique. Ces résultats fournissent une base importante pour la conception et la fabrication de structures poreuses personnalisées à base de biopolymères, destinées à des applications en administration de médicaments, en ingénierie tissulaire et dans d'autres domaines biomédicaux connexes
Identification de lois de comportement plasticité cristalline par jumeau numérique et apprentissage statistique
No full textStudying the plastic deformation of polycrystalline materials, such as commercially pure alpha-phase titanium, presents a significant challenge in materials mechanics. The mechanical properties of these materials are strongly influenced by their grain-scale microstructure, making it essential to develop models that can accurately capture local plastic deformation heterogeneities. To address the challenges associated with identifying these models using high-resolution local data, an innovative methodology is proposed, integrating multi-scale and multi-modal experimental data with numerical simulations in crystal plasticity.Advanced imaging techniques, such as X-ray Diffraction Contrast Tomography (DCT), enable the acquisition of accu-rate volumetric representations of the actual microstructure of polycrystalline materials. These data are subsequently employed in FFT-based simulations, allowing for the prediction of plastic deformation heterogeneities at micrometric res-olution. Unlike traditional approaches that rely on macroscopic predictions, this method directly compares numerical predictions with local experimental data obtained from techniques such as High-Resolution Digital Image Correlation (HR-DIC), Electron Backscatter Diffraction (EBSD), and DCT. This direct comparison of microscopic predictions within acceptable simulation times facilitates the identification process.Furthermore, the integration of statistical learning methods aims to accelerate these simulations by leveraging the image-based nature of the numerical predictions. This framework opens new perspectives for the identification of crystal plasticitylaws, taking into account the deformation heterogeneities within polycrystalline materials.L’étude de la déformation des matériaux polycristallins, à l’échelle fine, constitue un enjeu majeur en mécanique des matériaux. Les propriétés mécaniques de ces matériaux sont fortement influencées par la microstructure à l’échelle des grains, rendant essentiel le développement de modèles capables de capturer les hétérogénéités locales de déformation plastique. Pour répondre à ces défis, une méthodologie innovante est proposée, intégrant des données expérimentales multi-échelles et multimodales avec des simulations numériques en plasticité cristalline, avec une application de la méthode au titane commercialement pur de phase alpha.En utilisant des techniques d’imagerie avancées comme la tomographie par contraste de diffraction (DCT) par rayons X, il est possible d’obtenir une représentation volumique précise de la microstructure réelle des matériaux. Ce jumeau numérique de la microstructure peut être utilisé dans des simulations FFT, permettant de prédire les hétérogénéités de déformation plastique à une résolution micrométrique. Contrairement aux approches classiques, cette méthode repose sur une comparaison directe entre les prédictions numériques et les données expérimentales locales issues de tech-niques comme la Corrélation d’Images Numériques à Haute Résolution, l’imagerie EBSD et DCT, en termes de rotations de réseau cristallin et de déformations axiales.De plus, l’intégration de méthodes d’apprentissage statistique permet d’accélérer ces simulations en exploitant le caractère d’image des prédictions numériques. Ce cadre ouvre ainsi de nouvelles perspectives pour l’identification des lois deplasticité cristalline, en tenant compte des hétérogénéités de déformation au sein des matériaux polycristallins
Méthodes avancées pour améliorer l'interprétabilité des outils d'IA avec application au secteur de l'énergie
No full textDecision-making in energy systems traditionally relies on complex models integrating multiple uncertainties. The growing share of Renewable Energy Sources (RES) adds complexity due to weather dependence. While Artificial Intelligence (AI) tools improve forecasting, optimization, and decision-making, their lack of interpretability hinders adoption. This research enhances AI interpretability in energy applications by distinguishing between explainability methods and inherently interpretable models. It develops a symbolic AI approach for renewable energy bidding, applies rule-based models for grid adequacy forecasting, and utilizes Information Flow Fuzzy Cognitive Maps (IF-FCMs) to predict grid overloads. Additionally, it assesses AI regulations in the U.S., China, and Europe. The findings aim to improve trust, transparency, and regulatory compliance in energy AI applications.La prise de décision en énergie repose sur des modèles complexes intégrant de nombreuses incertitudes. L'essor des énergies renouvelables (ENR) accroît cette complexité en raison de leur dépendance météorologique. Bien que l'IA améliore la prévision et l'optimisation, son manque d'interprétabilité freine son adoption. Cette recherche clarifie l'explicabilité des modèles, développe une IA symbolique pour les enchères ENR, applique des modèles à règles pour la prévision de l'adéquation réseau et utilise les cartes cognitives floues à flux d'information (IF-FCMs) pour la prévision des surcharges du réseau. Enfin, elle évalue les réglementations IA aux États-Unis, en Chine et en Europe. Les résultats visent à renforcer confiance, transparence et conformité réglementaire dans l'IA énergétique
Organisations et méthodes pour une rénovation frugale du patrimoine ferroviaire : une approche toposique de la validation dans les systèmes complexes
No full textThe renovation of aging infrastructures is crucial in the face of today's ecological and societal challenges. Designed for a defined lifespan with pre-established maintenance, these infrastructures will reach their operational limit in the coming decades. As their ageing leads to increased renovation costs, their future raises many questions in the face of budgetary constraints. In the rail sector, particularly for local rail lines, the dilemma is whether to accept their deterioration or invest in their renovation. The management model for these infrastructures, which separates investment from maintenance, is showing its limitations in the face of this patrimonial turn.This thesis, carried out at SNCF Réseau, aims to explore a rationalization of renovation that is underway and that would move towards a design-driven, innovative, frugal and sustainable renovation. This thesis shows that frugality is achieved through the unexpected activity of designing constructive proofs. It describes the organization set up to design such proofs, and establishes that it enables preserving innovation with propagation management for validation. Finally, this thesis models this renovation design using a toposic approach, in order to support the design of constructive proofs. Thus, this thesis reveals a new model of action, a creative preservation regime for frugal renovation, which allows us to think about the existence of objects without separating design and maintenance. This design regime cultivates a highly paradoxical form of knowledge renewal, utilization of existing knowledge and preservative innovation.La rénovation des infrastructures vieillissantes est cruciale face aux défis écologiques et sociétaux contemporains. Conçues pour une durée de vie définie avec une maintenance préétablie, ces infrastructures atteindront leur limite opérationnelle dans les prochaines décennies. Leur vieillissement entraînant une augmentation des coûts de rénovation, face aux contraintes budgétaires, leur futur soulève de nombreuses interrogations. Dans le secteur ferroviaire, notamment pour les lignes de desserte fine du territoire, se pose le dilemme de savoir s'il faut accepter leur dégradation ou investir dans leur rénovation. Le modèle de gestion de ces infrastructures, qui sépare les logiques d'investissement et celles de maintenance, montre ses limites face à ce tournant patrimonial.Dès lors, cette thèse, menée au sein de SNCF Réseau, vise à explorer une rationalisation de la rénovation qui serait en cours et qui irait vers une rénovation conceptive, innovante, frugale et durable. Cette thèse montre que la frugalité est obtenue au travers d'une activité inattendue, de conception de preuves constructives. Elle décrit l'organisation mise en place pour la conception de telles preuves, et établit qu'elle permet une innovation préservatrice avec une gestion de la propagation pour la validation. Enfin, cette thèse modélise cette conception de la rénovation en s'appuyant sur une approche toposique, afin d'accompagner la conception de preuves constructives. Ainsi, cette thèse révèle un nouveau modèle d'action, un régime de création préservatrice pour une rénovation frugale, qui permet de penser l'existence des objets sans séparer conception et maintenance. Ce régime de conception cultive une forme de renouvellement des savoirs, d'utilisation des savoirs existants et d'innovation préservatrice très paradoxale
Interdépendance du réalisme visuel et comportemental pour l’acceptation des personnages virtuels en environnement immersif collaboratif.
No full textThis research explores how the appearance and intensity of facial expressions in virtual characters impact user acceptance in immersive and collaborative environments. Avatars, increasingly present in video games and virtual reality platforms, range from realistic to stylized designs. However, their success depends on factors such as the "Uncanny Valley" effect, where hyper-realistic avatars can sometimes feel unsettling to users.The study addresses two key questions: how does avatar appearance influence user perception, and how do stylization and expression intensity affect the sense of social presence? To answer these, three experiments were conducted.The first experiment evaluated the effect of facial anthropomorphism on users' sense of embodiment, attractiveness, and social presence in two collaborative virtual tasks. Three robotic avatars with varying levels of human likeness were tested. Results indicated that higher anthropomorphism enhanced attractiveness and task performance but did not affect embodiment or social presence. However, task type significantly influenced the quality of social interactions, especially when non-verbal communication played a role.The second and third experiments focused on the relationship between avatar stylization, expression intensity, and their impact on perceived eeriness, realism, and attractiveness. In the second experiment, conducted online, users viewed video sequences of avatars with three levels of stylization (stylized, semi-realistic, realistic) and four expression intensities (idle, low, moderate, exaggerated). Findings showed that perceived realism was primarily influenced by stylization level; more human-like avatars were seen as more realistic, even with exaggerated expressions. However, attractiveness decreased as expression intensity increased, and eeriness grew with higher intensity.The third experiment involved immersive interactions using three female avatars with real-time controlled expression intensities (low, standard, increased) during a guessing game. Participants reported a stronger sense of co-presence with the stylized avatar compared to the realistic one, regardless of expression intensity. No significant interaction was observed between stylization and expression intensity on the measured variables. The realistic avatar evoked a greater sense of perceived eeriness and lower trustworthiness. Nevertheless, increased expression intensity did not negatively impact social presence or avatar perception, suggesting that expressive avatars can enhance communication in virtual environments without compromising user experience.Overall, these studies highlight how immersion can affect perceptions of virtual characters. The interactivity in immersive environments appears to make users more accepting of inconsistencies between avatar stylization and expression intensity. This research provides valuable guidelines for designing avatars and autonomous agents in virtual environments.Ce travail de recherche explore la manière dont l’apparence et l’intensité des expressions faciales des personnages virtuels influencent leur acceptation par les utilisateurs dans des environnements immersifs et collaboratifs. Les avatars, que l’on retrouve de plus en plus dans les jeux vidéo et les plateformes de réalité virtuelle, varient entre un style réaliste et stylisé, mais leur intégration réussie auprès du public dépend de nombreux facteurs, comme la prise en compte du phénomène de la Vallée de l’étrange.L’étude se concentre sur deux questions : comment l’apparence des avatars affecte-t-elle la perception des utilisateurs, et comment la stylisation et l’intensité des expressions modulent-elles le sentiment de présence sociale ? Pour y répondre, trois expérimentations ont été menées.Dans un premier temps, nous avons cherché à évaluer l'impact de l'anthropomorphisme facial des avatars sur le sentiment d’incarnation, l’attractivité, et la présence sociale dans 2 tâches collaboratives en environnement virtuel. Le niveau d’anthropomorphisme facial était modulé par les caractéristiques de trois avatars robotiques. Les résultats montrent que l’anthropomorphisme influence l’attractivité et la performance, mais pas l'incarnation ni la présence sociale. Toutefois , nous avons observé que le type de tâche influence la qualité des interactions sociales, particulièrement lorsque la communication non verbale est à même de jouer un rôle positif.Les deux expérimentations suivantes ont porté sur l’étude de la relation entre la stylisation des avatars, l’intensité de leurs expressions faciales, et leur impact sur la perception, notamment l’étrangeté perçue, le réalisme et l’attractivité. D’abord dans un contexte non immersif au moyen d'une enquête en ligne reposant sur une série de vidéos (expérimentation 2), puis dans un contexte immersif, pour comprendre comment ces deux dimensions influencent les interactions en face à face, et notamment la présence sociale (expérimentation 3). Pour l'expérimentation 2, nous avons modélisé des personnages masculin et féminin, chacun avec 3 niveaux de stylisation (stylisé, semi-réaliste, réaliste) et 4 intensités d'expressivité (statique, faible, modérée, exagérée).Les résultats montrent que le réalisme perçu est surtout influencé par le niveau de stylisation : les avatars avec l’apparence se rapprochant le plus d’un humain étaient jugés plus réalistes, même avec des expressions exagérées. L'attractivité, quant à elle, diminuait avec l'intensité des expressions faciales. Enfin, à mesure que l’intensité des expressions faciales augmentait, le sentiment d’étrangeté s’intensifiait. Pour l'expérimentation 3, nous avons utilisé les mêmes trois avatars féminins, dont nous avons modulé en temps réel l’intensité des expressions faciales (faible, standard et augmentée). Les participants ont ressenti un plus grand sentiment de co-présence avec l’avatar stylisé qu'avec l’avatar réaliste, indépendamment du niveau d’intensité. Nous n'avons pas observé d'interaction entre la stylisation et l'intensité des expressions faciales sur les variables considérées. L’avatar réaliste a suscité un sentiment d’étrangeté perçue supérieur, et un niveau de fiabilité plus faible. Enfin, l’augmentation de l’intensité des expressions n'a pas eu d'impact négatif sur la présence sociale ou la perception des avatars, suggérant que des avatars plus expressifs peuvent améliorer la communication dans les environnements virtuels sans nuire à l’expérience des utilisateurs.Les trois études rapportées dans cette thèse mettent en lumière que l’immersion peut profondément influencer la manière dont les personnages virtuels sont perçus. L’interactivité propre aux environnements immersifs semble rendre les utilisateurs plus enclins à accepter les incohérences entre la stylisation et l’intensité des expressions faciales. Ainsi, nos travaux offrent des lignes directrices pour la conception d'avatars et d'agents autonomes
Optimisation multi-critère d'une exploitation d'uranium par In Situ Recovery
No full textVersion corrigée par le doctorant contenant la bibliographieWorldwide, In situ recovery (ISR) is the most widely used uranium mining technique. Uranium ISR consists in dissolving the ore minerals using an acidic leaching solution directly within the deposit through a series of injection and extraction wells. The U-enriched solution is then pumped to the surface in order to separate the dissolved uranium from the acid solution. It is by far the most cost effective extraction technique. However, an ISR exploitation impacts the groundwater quality by increasing the concentration of dissolved elements and decreasing the pH. Subsequently, groundwater impacted by acid ISR mining is typically remediated using various rehabilitation strategies. This study aims to forecast uranium production and predict the long-term environmental footprint of such exploitation using a reactive transport modeling approach.To do so, we have used HYTEC, an investigative tool to assess both production and the environmental footprint of an ISR mining site. The model is applied to an uranium deposit of the KATCO mine and the SaUran mine in Kazakhstan. This model can simulate the evolution of the aquifer geochemistry during and after the production phase. The environmental impact model is calibrated based on long-term water quality monitoring data.We have studied how operating parameters impact both the uranium production and the environmental footprint of the ISR exploitation.The environmental footprint can be described in terms of distance and time. The distance is generally controlled by the migration of sulfate ions resulting from the injection of sulfuric acid, which have low reactivity and hence an important mobility. Acidity or pH is the parameter which influences the duration of the impact, as protons has a very important reactivity and can also be stored locally by adsorption on clay mineral surfaces.The geochemical model, previously developed in this study, suggests that cationic sorption on clay surfaces and the precipitation of secondary minerals like gypsum regulate the behavior of elements over extended durations and distances.À l'échelle mondiale, la récupération in situ (ISR) est la technique d'extraction d'uranium la plus utilisée au monde. Cette méthode consiste à injecter une solution acide à travers des puits dans des couches géologiques perméables pour dissoudre les phases minérales contenant l'uranium. La solution enrichie en uranium est ensuite pompée à la surface, où l'uranium dissous est extrait à l'aide de résines échangeuses d'ions. La solution de lixiviation est ensuite recyclée et réinjectée dans le gisement.Bien que l'ISR soit très rentable, elle affecte la qualité des eaux souterraines en augmentant les concentrations en éléments dissous et en diminuant le pH, nécessitant ainsi des stratégies de réhabilitation.Cette thèse a pour objectif de prévoir la production d'uranium et d'anticiper l'empreinte environnementale à long terme d'une telle exploitation, en utilisant une approche de modélisation du transport réactif. Pour ce faire, nous avons utilisé HYTEC, un outil d'investigation permettant d'évaluer à la fois la production et l'empreinte environnementale d'un site ISR. Le modèle a été appliqué aux gisements d'uranium des mines de KATCO et de SaUran au Kazakhstan. Il permet de simuler l'évolution géochimique de l'aquifère, pendant et après la phase de production. L'impact environnemental du modèle a été calibré sur la base de données à long terme provenant de piézomètres de surveillance.Nous avons étudié l'influence de plusieurs paramètres opérationnels sur la production d'uranium et l'empreinte environnementale de l'exploitation ISR.Cette empreinte environnementale peut être analysée en termes de distance et de temps. La distance est principalement contrôlée par la migration des ions sulfate, issus de l'injection d'acide sulfurique, qui sont faiblement réactifs et donc très mobiles. L'acidité (pH) influe sur la durée de l'impact, car les protons peuvent être stockés localement par adsorption sur les surfaces des minéraux argileux.Le modèle géochimique, développé dans cette étude, suggère que l'adsorption cationique sur les surfaces argileuses, ainsi que la précipitation de minéraux secondaires tels que le gypse, régulent la dispersion des éléments sur de longues distances et périodes