Portail HAL edf
Not a member yet
11029 research outputs found
Sort by
Analysis of Electroluminescence Data Imaging Using Physical Models and Machine Learning
No full textInternational audienceVoltage-dependent Electroluminescence (ELV) measurements have been shown to mimic local diode current-voltage characteristics [1]. A corresponding physical model enables the derivation of two local parameters from ELV data measured on Silicon solar cells: a pseudo-recombination current J0* and a pseudo-series resistance Rs*. Various local characteristics of the solar cells, such as the series resistance, the dark saturation current and the diffusion length, can be deduced from these parameters [1]. ELV measurements performed on solar cells are stored in large data cubes, typically sized at a few hundred thousand pixels. A pixel-wise regression of this data can be achieved through Non-Linear Least Squares minimization; however, this method is time-consuming, necessitating a trade-off between data dimension, fitting accuracy, and computation duration. To mitigate the necessity for this compromise we propose to use Machine Learning (ML) techniques, known for their efficiency in rapidly processing large datasets. Additionnally, the knowledge of a physical model permits the numerical generation of a significant amount of ELV data, enabling supervised training of ML models. We initially employ a Multilayer Perceptron (MLP) for a pixel-wise analysis of the data cube, utilizing an ELV curve as input to predict either Rs* or J0*. Secondly, we present a Convolutional Neural Network (CNN) [2] that processes the entire cube as input, generating a parameter map. Both techniques allow efficient regression on large data cubes, significantly reducing the analysis duration compared to Least Squares fitting. This type of advanced modeling suggests possibilities for the analysis of both new technologies such as perovskites but also for application to other luminescence methods generating data cubes.[1] D. Ory, N. Paul, and L. Lombez, « Extended quantitative characterization of solar cell from calibrated voltage-dependent electroluminescence imaging », Journal of Applied Physics, vol. 129, no 4, p. 043106, janv. 2021.[2] O. Ronneberger, P. Fischer, and T. Brox, « U-Net: Convolutional Networks for Biomedical Image Segmentation ». arXiv, 18 mai 2015
Kind of X and X of Interest: An Ontology Design Pattern to Reconcile Web of Thing Ontologies
No full textInternational audienceSeveral Web of Thing (WoT) ontologies defined by different standard organizations share common objectives: describing measurements and possible actions. Unfortunately, their modelling seems quite similar but not easy to align. This article proposes the pattern "Kind of X and X of Interest". It conciliates two ways of modelling proposed in those ontologies to clarify their understanding and possibly integrate them. The paper illustrates the reuse of the pattern in the ontology of the CoSWoT project, which aims to extend the Semantic Web of Things (SWoT) to constrained devices. We also showcase possible generalization tracks to reuse the pattern in other projects addressing domains other than WoT, such as the European project Omega-X
Time Series Continuous Modeling for Imputation and Forecasting with Implicit Neural Representations
No full textInternational audienceWe introduce a novel modeling approach for time series imputation and forecasting, tailored to address the challenges often encountered in real-world data, such as irregular samples, missing data, or unaligned measurements from multiple sensors. Our method relies on a continuous-time-dependent model of the series' evolution dynamics. It leverages adaptations of conditional, implicit neural representations for sequential data. A modulation mechanism, driven by a meta-learning algorithm, allows adaptation to unseen samples and extrapolation beyond observed time-windows for long-term predictions. The model provides a highly flexible and unified framework for imputation and forecasting tasks across a wide range of challenging scenarios. It achieves state-of-the-art performance on classical benchmarks and outperforms alternative time-continuous models
Évaporation d’un plan d’eau pour différents systèmes photovoltaı̈ques flottants
No full textNational audienc
Nonlinear normal modes as invariant manifolds for model order reduction
No full textInternational audienceThis chapter introduces the nonlinear normal modes (NNMs) for vibrating systems as invariant manifolds of the phase space, and their use for model order reduction of nonlinear structures. NNMs are defined as the continuation of the linear normal modes by enforcing tangency to a subset of master eigenspaces for small amplitudes. Conservative and damped dynamics are considered, as well as forced systems where the NNMs are time-dependent. A systematic procedure using the parametrisation method for invariant manifolds, is devised for their computation, directly operating from the physical space, and up to arbitrary order of expansions. Applications to academic examples are shown to highlight the ability of the method to deal with hardening/softening behaviour, the presence of a folding manifold, and superharmonic resonance. In each case, reduced-order models with minimal dimensions and excellent accuracy, are derived
Assessing emissions from ship plumes in three French harbours: a glimpse at the PIRATE (Port Inventories ReAl TimE) project
No full textInternational audience1.ContextThe impact of maritime transport on air quality and climate change is a critical area of research. Ships emit significant amounts of greenhouse gases (GHGs), volatile organic compounds (VOCs), NOx, and particulate matter (PM), contributing to both global and local pollution. While the overall contribution of maritime transport to pollution is relatively low compared to the volume of goods and passengers moved, its impact is particularly pronounced in port areas and coastal cities. 2.MethodologyThree field campaigns of at least one month each were conducted in three French harbours: Toulon (Mediterranean Sea, Sept. 2021), Dunkirk (North Sea, Sept. 2022 and Sept.-Oct. 2023), and Le Havre (English Channel, Apr.-May 2023).Regional air quality monitoring networks measured regulated pollutant concentrations during each campaign. Additional state-of-the-art instruments were deployed in Dunkirk’s 1st campaign (focusing on particulate chemical/physical properties and VOCs), and Le Havre (primarily VOCs).The Port Air Quality management system (PAQman©) tracked ship movements in harbor areas throughout the campaigns. 3.Results and discussionPAQman© tracked vessels in real-time, generating emission maps using dynamic and static data. Field measurements identified periods of ship emission influence to validate modelling, aiding in understanding ship contribution to urban air pollution in port cities, which is crucial for developing effective pollution mitigation strategies
Rapport de la mission post-sismique du séisme du 1er Janvier 2024 de Noto (Japon)
No full textLe lundi 1er janvier 2024, la péninsule de Noto, au Japon, a été frappée par un séisme de magnitude MJ 7,6 (Mw 7,5-7,6). L’épicentre se trouve à l’extrémité Nord-Est de la péninsule. Ce séisme a été ressenti avec une intensité JMA égale ou supérieure à six (6-, 6+ et 7) sur l’ensemble de la péninsule. Le séisme de Noto a provoqué 245 morts et 320 blessés graves. 8 754 bâtiments ont été détruits et 18 986 sévèrement endommagés. Il a généré un tsunami observé sur toute la façade Nord-Ouest du Japon, de Kyushu à Hokkaido. La zone concernée par des dégâts liés au séisme est très grande et de la liquéfaction des sols a été observée jusqu’à Niigata. Dans la foulée du séisme, le Bureau de l’AFPS s’est mobilisé afin de dresser un premier constat de la situation et d’évoquer la possibilité d’une mission post sismique d’observation sur site. A la suite d’une phase de pré-mobilisation, le Bureau de l’AFPS a décidé de lancer une mission virtuelle qui a initié les travaux préparatoires à la mission sur site en se concentrant sur différents thèmes : l’identification du contexte sismotectonique particulier lié à cette région, l’identification des mouvements sismiques à destination de l’ingénieur et leur détermination à partir du corpus réglementaire applicable au Japon, l’identification de comportements particulier des sols, les dommages subis par les habitations individuelles et les petits bâtiments, le comportement des grands ouvrages comme les barrages, les écoles, les hôpitaux, le comportement des réseaux et enfin, la gestion de la crise sismique dans le contexte particulier d’isolation géographique et la reconstruction dans les différents territoires touchés. Le 16 février, la mission de terrain a été confirmée. Elle s’est déroulée au Japon du 4 au 11 mars 2024. Il s’agit de la 4ème mission post-sismique AFPS au Japon, après celles des séismes de Hyogo-ken Nambu (Kobe, 1995), de Chuetsu-Oki (Niigata, 2007) et de Tohoku (2011 ; mission virtuelle). D’un point de vue sismologique, le séisme du 1er janvier 2024 est le séisme le plus fort connu à ce jour dans la zone de la péninsule de Noto. Le mouvement tectonique associé à ce séisme a entrainé la surrection de toute la péninsule, avec des déplacements verticaux pouvant atteindre 4 m notablement observés par l’assèchement de ports au Nord-Ouest de la péninsule, à proximité de la ville de Wajima. La mission a pu observer des indices de rupture de surface secondaire, en particulier près de Suzu avec des décalages verticaux pouvant dépasser le mètre. Les niveaux de sollicitations enregistrés par les réseaux accélérométriques correspondent dans l’ensemble aux caractéristiques de mouvement attendues pour un séisme crustal de magnitude Mw 7,5 au Japon. La géomorphologie de la péninsule est constituée de reliefs montagneux traversés par des axes routiers qui desservent de petits bassins sédimentaires où se nichent les principales villes de la péninsule. Des effets de sites sismiques ont été mis en évidence localement en particulier dans les petits bassins sédimentaires, comme au droit de la ville d’Anamizu. D’un point de vue géotechnique, c’est sans doute le phénomène de liquéfaction des sols qui est le plus marquant et qui a particulièrement touché soit des zones anthropiques (zones gagnées sur la mer ; zones où des matériaux sableux ont été mis en remblais comme à Uchinada) soit de petits bassins sédimentaires sensibles au phénomène de liquéfaction des sols en raison de leur nature. Sur la base de nos observations, les ponts autoroutiers sont restés pour l’essentiel opérationnels, et des axes traversant la péninsule étaient ouverts lors de notre visite, au prix de travaux de terrassements d’urgence au droit des glissements de terrain et de reprise des remblais d’accès aux ponts qui avaient systématiquement tassés. La gestion de l’urgence a été complexifiée par les difficultés d’accès des secours à cette zone rurale qu’est la péninsule de Noto : surrection cosismique et réseau routier coupé par de très nombreux glissements de terrain, météo défavorable, etc. En ce qui concerne les bâtiments en bois, les premiers enseignements de cette mission montrent que les maisons modernes récentes se sont bien comportées, alors que de très nombreuses maisons anciennes sont très endommagées voire effondrées. Un autre enseignement réside dans l’importance des dispositions constructives, en particulier concernant les liaisons diagonales poteau-poutre, le risque de flambement de diagonales élancées, et les assemblages de charpentier à compléter par des tiges travaillant en traction. Le bon comportement d’hôpitaux construits sur appuis parasismiques a également été observé. Pour les barrages, le retour d’expérience mondial a souvent démontré le bon comportement des barrages face à de fortes sollicitations sismiques et les observations réalisées ici sur deux barrages viennent alimenter le retour d’expérience positif.Ce rapport de mission post-sismique suite au séisme du 1er janvier 2024 dans la péninsule de Noto au Japon alimente le retour d’expérience post-sismique par les très nombreuses observations détaillées qu’il présente. De façon très concrète, les observations réalisées apportent un retour d’expérience qui peut être exploité à court terme pour le contexte français, en particulier en termes de : Contrôles à effectuer pour s’assurer de la fonctionnalité d’installations suite au séisme ; De retour d’expérience d’un contexte multirisque (aléas séisme, typhon, tsunami) et de gestion de l’urgence ; De retour d’expérience sur le comportement de barrages lors de séismes ; De retour d’expérience sur le comportement de pieux et de renforcement de sol lors de séisme ; De solutions innovantes éventuelles pour fonder
Modélisation lagrangienne de la dispersion de polluants gazeux/particulaires dans des écoulements atmosphériques stables, neutres et instables
No full textThis thesis aims at studying the atmospheric dispersion of pollutants at the micro-scale. In this context, we are focusing on the modelling of pollutant dispersion using stochastic Lagrangian methods developed for high-Reynolds number flows. In these methods, the pollutants and/or the carrier fluid are simulated by means of a large number of stochastic particles, enabling to reproduce the statistic properties of the turbulence. A hybrid approach is used in which the mean carrier fields (e.g. the mean velocity) are obtained on a mesh using external solutions (analytical ones or finite volume ones). We are also interested in the influence of atmospheric stability on the dispersion of pollutants, particularly in the lower layer of the atmosphere. The aim of this thesis is threefold: firstly, to study the numerical errors inherent to such methods, secondly, to improve the modelling of atmospheric surface-boundary-layer flows, and finally, to observe the influence of these elements on the modelling of plumes obtained by simulating only the particles originating from local pollutant sources. To this end, the simulations were carried out using the open-source computational fluid dynamics (CFD) code developed by EDF R&D: code_saturne.Firstly, with a view to limiting numerical errors during integration over long time steps, a timestep splitting algorithm is presented. This is used to dynamically and optimally update the mean carrier fields associated with each particle as it enters a cell. In order to avoid anticipation errors due to the stochastic nature of these particles, deterministic virtual particles are used to obtain the travel times in each cell. In addition, a detailed study of the spatial errors that occur when considering surface boundary layer flows is carried out, along with proposals for limiting them. It is shown that these errors are caused by the interpolation of the mean carrier fields at the position of the particles impacting the dynamics of the latter, but also by the estimation of the statistics from these particles on a mesh.In addition, with a view to improve the modelling of surface-boundary-layer flows, the necessity to use an an-elastic rebound condition near wall for the instantaneous velocity and potential temperature was verified. Without the latter, not only the gradients, but also the turbulent fluxes close to the wall collapse, in opposition to the physics of parietal flows. Furthermore, a description consistent with the choice of modelling was derived based on algebraic solutions and numerical resolution of the turbulent kinetic energy dissipation rate. This description is consistent with the asymptotic solutions associated to the Monin–Obukhov theory and is coherent with the results of code_saturne in the stable case. For convective flows, a study of the role of turbulent kinetic energy diffusion remains to be carried out.Finally, the effects of this work on pollutant dispersion have been verified, in the neutral case, using experimental results from a channel flow both in the absence of obstacle and in the presence of an obstacle. It is shown that the most important factors are the estimation of the mean carrier fields and the choice of the model considered. Furthermore, in a thermally stratified case, the influence of atmospheric stability and the modelling of thermal effects on the shape of the plumes were verified by means of a qualitative study.Ce travail de thèse vise à étudier la dispersion atmosphérique de polluants à l'échelle locale. Dans ce contexte, nous nous concentrons sur la modélisation de la dispersion de polluants en utilisant des méthodes lagrangiennes stochastiques à haut Reynolds. Au sein de ces méthodes, les polluants et/ou le fluide porteur sont simulés par le biais d’un grand nombre de particules stochastiques permettant une représentation des propriétés statistiques de la turbulence. Une approche hybride est utilisée au sein de laquelle les champs porteurs moyens (par exemple la vitesse moyenne) sont obtenus sur un maillage par le biais de solutions externes (solutions analytiques ou calcul volumes finis). Par ailleurs, nous nous intéressons à l’influence de la stabilité atmosphérique sur la dispersion de polluants, en particulier dans la couche inférieure de l’atmosphère. L’objectif de cette thèse est triple : premièrement, il vise à étudier les erreurs numériques entachant de telles méthodes, deuxièmement, à améliorer la modélisation des écoulements de couche limite de surfaces atmosphériques, et finalement, à observer l’influence de ces éléments sur la modélisation de panaches obtenus en ne simulant que les particules issues de sources locales de polluants. A cette fin, les simulations sont réalisées à l'aide du code CFD open-source code_saturne qui est développé par EDF R&D. Premièrement, dans l'optique de limiter les erreurs numériques durant l’intégration sur de longs pas de temps, un algorithme de découpage en sous-pas de temps est présenté. Celui-ci permet de mettre à jour de façon dynamique et optimale les champs porteurs associés à chaque particule, lorsqu’elle rentre dans une cellule. Afin d’éviter des erreurs d’anticipation dues à la nature stochastique de ces particules, des particules virtuelles déterministes sont utilisées pour obtenir les temps de parcours dans chaque cellule. Par ailleurs, une étude poussée sur les erreurs spatiales apparaissant lorsque l’on considère des écoulements de couche limite de surface est réalisée, et des solutions pour limiter celles-ci sont proposées. Il est montré que ces dernières sont dues à des erreurs lors de l’interpolation des champs porteurs à la position des particules impactant la dynamique de celle-ci, mais aussi lors de l’estimation sur un maillage des statistiques issues de ces particules.Par ailleurs, dans l'optique d’améliorer la modélisation des écoulements de couche limites de surface, la nécessité d’utiliser une condition de rebond anélastique en proche paroi pour la vitesse et la température potentielle instantanée a été vérifiée. Sans celle-ci, les gradients, mais aussi les flux turbulents en proche paroi s’effondrent, en opposition avec la physique des écoulements pariétaux. Par ailleurs, une description cohérente avec le choix de modélisation sélectionnée a été dérivée grâce à l’obtention de solutions algébriques et à la résolution numérique du taux de dissipation d'énergie cinétique turbulente. Celle-ci permet de bien retrouver les solutions asymptotiques associées à la théorie de Monin--Obukhov et est cohérente avec les résultats de code_saturne dans le cas stable. Pour les cas instables, une étude sur le rôle de la diffusion d’énergie cinétique turbulente reste à réaliser. Finalement, l’effet de ce travail sur la dispersion de polluant a été vérifié en cas neutre grâce à des essais expérimentaux en canal plan, à la fois en l’absence et en présence d’un obstacle. Il est montré que les éléments ayant un poids majoritaire restent l’estimation des champs porteurs et le choix du modèle considéré. Par ailleurs, dans un cas thermiquement stratifié, l’influence sur la forme des panaches de la stabilité atmosphérique et de la modélisation des effets thermiques a été vérifiée grâce à une étude qualitative
Seismic soil-structure interaction study of inclusion reinforced foundations with a macro-element
No full textInternational audienceThe reinforcement technique using rigid inclusions is a practical, cost-effective, and time-saving foundation solution. This technique has already proven successful in supporting structures that are subject to high seismic demands, such as the Rio-Antirrio bridge in Greece. In a performance-based design approach, it is important to consider the dynamic soil-structure interaction phenomenon, which is specially relevant when dealing with soft soils. Direct approaches simulating the whole soil-structure system within the same numerical model are still computationally expensive and the classic modal response spectrum analyses, based on the superposition principle, are not capable of taking into account most of nonlinear mechanisms. The macro-element approach is therefore a promising method, as it allows modelling of nonlinear soil-structure interaction mechanisms at the base of the structure without increasing the numerical cost. This approach has shown particularly good performance in the dynamic analysis of shallow and piled foundations. The present paper aims to extend the application of the macro-element approach to foundations on rigid inclusions. To this end, the upper-bound kinematic exterior approach is employed to derive a yield surface corresponding to this type of foundation. Its potential application in the context of non-linear soil-structure interaction studies is also discussed
Characterizing the effects of morphological microstructures and hydropeaks on fish stranding in rivers
No full textInternational audienceAbstract Fish stranding in rivers, due to rapid shoreline dewatering, often occurs during the down‐ramping phase of hydropeaks, which enables peak energy production. Multiple hydropeaking characteristics and river morphology influence stranding, but little is known about the effects of riverbed microstructures. Our goal was to identify how the combination of hydropeaking characteristics and the occurrence of morphological microstructures (e.g., puddles and scour pools) influences fish stranding. For this purpose, we used an extensive dataset of fish stranding observations collected over 3 years in spring at 48 sites along a 50 km‐long reach of the Ain River, France. We aimed (1) to characterize stranding events and their associated fish assemblages and (2) to identify the spatial and temporal determinants of stranding. The occurrence of morphological microstructures was the main factor explaining fish stranding. Scour pools had a strong impact, followed by scour puddles, humid zones, and alluvial puddles. Then, hydropeaking characteristics interacted with morphology and modulated the intensity of stranding. Low flow ranges (low peak flow and low base flow) occurring after periods without hydropeaks induced ‘salmonid fry’ stranding events and ‘super‐stranding’ events (massive stranding of many taxa). Other flow ranges induced ‘regular cyprinid fry’ stranding events. Salmonids were particularly subject to stranding at the beginning of the sampling period. Recommendations are (1) to act in priority on sites where stranding is most likely, by morphological operations or by installing attractive structures in the perennial area and (2) to maintain attractive, perennial habitats in the low flow range of hydropeaks, for example, by increasing base flow