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Innover dans les forces spéciales
No full textInternational audienceHow do military personnel succeed in designing or perfecting equipment useful to their mission? This paper will analyse the production of material innovations that are characterised by their ability to respond to an operational need, whose design is based on the skills, resources and abilities of soldiers in the field, and whose modelling and prototyping do not require the deployment of major research and development resources. We will show that these activities are based on an inverted form of “something on the side”. More generally, the question arises as to the capacity of an institution marked by the rigour of its hierarchy to make accessible to itspersonnel the margins of autonomy necessary for the engagement of frugal forms of technological research and development. Through an analysis centred on two case studies—a grenadelaunching pole and an oxygen mask for dogs—of innovation by and for Special Forces operatives, we highlight the difficulty, for the military institution, of making an ‘innovation logic’ coexist with an ‘organisation logic’ and articulating them.Comment des militaires réussissent-ils à concevoir ou à perfectionner des équipements utiles à leur mission ? Il s’agit ici d’analyser le travail de production d’innovations matérielles, qui se caractérisent par leur capacité à répondre à un besoin opérationnel, dont la conception repose sur les compétences, les ressources et les habiletés de soldats engagés sur le terrain et dont le maquettage puis le prototypage n’imposent pas le déploiement d’importants moyens de recherche et de développement. Nous montrerons que ces activités s'appuient sur une forme inversée de « travail en perruque ». De manière plus générale, se pose la question des capacités d’uneinstitution marquée par la rigueur de sa hiérarchie à rendre accessibles à ses personnels ces marges d’autonomie nécessaires à l’engagement de formes frugales de recherches et développements technologiques. À travers une analyse centrée sur deux études de cas – une perche lance-grenades et un masque à oxygène pour chien – d’innovation par et pour les opérationnels des Forces spéciales, nous mettons en exergue la difficulté, pour l’institution militaire, à faire coexister une « logique d’innovation » avec une « logique d’organisation » et à les articuler
Stability, transient perturbation, separatrix and search for chaotic dynamics in non-linear double triadicresonances : the case of four internal gravity waves
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Frontispiece: Design of Fluorescent Carbon Dots (CDs) for the Selective detection of Metal‐Containing Ions
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IA curieuse au service de la science : découverte automatisée de structures auto-organisées
No full textComplex systems are very hard to predict and control due to their chaotic dynamics and open-ended outcomes. However, understanding and harnessing the underlying mechanisms of these systems hold great promise for revolutionizing many areas of science. While considerable progress has been made in manipulating and measuring system activity down to the lowest level, there remains a fundamental gap between our knowledge at the micro-level and our ability to control resulting properties on a global scale. Modern machine learning tools offer promising avenues for assisting scientists in navigating the vast space of possible outcomes, especially when aiming for novel or challenging morphological or functional objectives. Nevertheless, current methods tend to constrain and bias the range of events that AI can measure and attempt to influence. This thesis aims to transpose and advance recent computational models of intrinsically motivated learning and exploration with the goal of designing more open-ended forms of AI "discovery assistants" for assisting scientists in mapping the outcome space of self-organizing systems. To that end, several key ingredients are introduced to efficiently shape the discovery process. These include the use of unsupervised learning for representations, meta-diversity search, curriculum learning, and external human guidance, whether environment-based or preference-based. We discuss how these components, when implemented in practice, can help address challenging problems in science. These challenges encompass the search for interesting patterns in continuous models of cellular automata, the investigation of the origins of sensorimotor agency, the exploration of gene regulatory networks behavioral capabilities, and the design of innovative forms of cellular collectives for applications in AI and biology.Les systèmes complexes sont très difficiles à prédire et à contrôler en raison de leur dynamique chaotique et de leurs vastes espaces de sortie. Cependant, comprendre et exploiter les mécanismes sous-jacents de ces systèmes offre de grandes promesses pour révolutionner de nombreux domaines scientifiques. Bien que des progrès considérables aient été réalisés dans la manipulation et la mesure de l'activité des systèmes jusqu'au niveau microscopique voire nanoscopique, un fossé fondamental persiste entre nos connaissances à l'échelle microscopique et notre capacité à contrôler les propriétés résultantes à l'échelle globale. Les outils modernes d'apprentissage automatique offrent des perspectives prometteuses pour aider les scientifiques à naviguer dans l'espace complexe des sorties du système, en particulier lorsqu'il s'agit d'atteindre de nouveaux buts morphologiques ou fonctionnels difficiles. Néanmoins, les méthodes actuelles ont tendance à restreindre et à biaiser l'étendue des événements que l'IA peut mesurer et tenter d'influencer. Cette thèse vise à appliquer et à développer les modèles computationnels récents d'apprentissage et d'exploration intrinsèquement motivés dans le but de concevoir des "assistants de découverte" IA pour aider les scientifiques à cartographier les résultats potentiels des systèmes auto-organisés. Pour atteindre cet objectif, plusieurs éléments clés sont introduits pour façonner efficacement le processus de découverte. Cela comprend l'utilisation de l'apprentissage non supervisé de représentations, la recherche de méta-diversité, l'apprentissage par curriculum, et l'intégration de guidage humain dans la boucle (par l'introduction de contraintes environnementales ou de préférences). Nous discutons de la manière dont ces composants, lorsqu'ils sont mis en pratique, peuvent contribuer à résoudre des problèmes scientifiques complexes. Cela comprend la recherche de motifs intéressants dans des modèles continus d'automates cellulaires, l'investigation des origines de l'agence sensorimotrice, l'exploration des capacités comportementales des réseaux de régulation génétique et la conception de formes innovantes de collectifs cellulaires pour des applications en IA et en biologie
Finite element simulation of high cycle fretting wear using an implicit integration scheme and an adaptive cycle jump
No full textInternational audienceAmong the various mechanical and chemical processes that can generate wear, fretting refers to small amplitudecyclic tangential motion between two contacting solids. Wear under fretting motion happens in differentindustrial contexts and can significantly reduce the lifetime of components. For example, such damage modecould occur in pressurized water nuclear reactors between guide cards and control rods. Due to the diversityof mechanisms at stake, modeling wear is complex, and predicting fretting wear by numerical approachesraises some issues, especially due to non-linearities and the need to compute a very large number of timesteps. This explains why investigations still mainly rely on experimental approaches. In the present study, afinite element model and a simulation strategy aiming at predicting fretting wear are presented. The modelrepresents a stainless steels cylinder/plane cyclic contact and the numerical results obtained are comparedwith experimental data from the literature. The proposed simulation process is particularly suitable forcomputing a high number of fretting cycles. To this end, a cycle jump technique is used in association withdifferent integration schemes. Results show that instabilities may arise on the computed pressure when anexplicit scheme is used, which limits the cycle jump. On the other hand, an implicit scheme ensures stablecomputations but involves a trade-off between the possibility of considering a higher cycle jump and the numberof iterations required for convergence. Results show that the more cycles we perform, the faster the implicitscheme converges. Therefore, the implicit scheme is especially appropriate for high-cycle computations. Inaddition, an adaptive cycle jump is used with the implicit scheme, enabling to accelerate the computationswith a high number of cycles. The adaptive acceleration factor is obtained from an estimate of the wear profileenlargement rate
Empirical UAV Power Consumption Evaluation for Optimized Power Constrained Low Cost UAV Line of Products Path Planning
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Study of the evolution of stresses and associated mechanisms in zirconia growing at high temperature on Zircaloy-4 by use of synchrotron radiation
No full textInternational audienceThe present work studied the evolution of stresses and associated mechanisms in the zirconia layer formed during the oxidation of Zircaloy-4 under a He/O2 mixture, at temperatures of 700°C, 800°C and 900°C. Measurements by X-ray diffraction are performed in-situ under synchrotron radiation during oxidation to determine the evolutions of phases and stresses in the oxide layer with time. The results show that the zirconia formed contains a mixture of monoclinic and tetragonal phases. The proportion of the tetragonal phase depends on the oxidation temperature and decreases during oxidation. In order to better understand the influence of this evolution and localize the tetragonal phase, measurements by Raman spectroscopy have also been performed. These two phases are subjected to compressive stresses in directions perpendicular to the oxide layer growth direction. These stresses depend on temperature and relax during oxidation. Two mechanical models either considering the zirconia phases independently or considering an equivalent homogeneous oxide are proposed to describe the evolution of these stresses, considering that it is due to oxide viscoplasticity. The model parameters are analysed to discuss the mechanisms of viscoplastic flow in the oxide. Numerical values for the viscoplastic parameters of the model as well as for the corresponding activation energy are therefore provided
Modélisation de la tenue en fatigue à haute température d'aciers moulés austénitiques : Application au dimensionnement des turbocompresseurs
No full textTurbochargers, components of internal combustion engines, are commonly manufactured in austenitic stainless steel such as grade 1.4837. The respect of the regulations concerning the polluting emissions of the vehicles induce more and more severe thermomechanical loads which influence in particular the resistance to the low cycle fatigue of these parts. Fatigue criteria related to crack initiation lead to numerical analyses that are not consistent with the lifetimes measured in the test. This observation also applies to other parts of the automotive sector and the consideration of crack propagation becomes a major design issue. The aim here is then to propose a model including both the elements useful for the definition of a crack initiation in a fatigue framework under anisothermal conditions but also those necessary to describe the propagation of cracks under generalized viscoplastic conditions.After having detailed the industrial problem and the associated scientific topics, a metallurgical characterization is carried out on stainless steel 1.4837 where the chemical composition, the phases in presence and the size of grains are analysed, highlighting a coarse microstructure and an important dispersion of the Young's moduli. The existing criteria, in particular at Stellantis, are then analysed and the weaknesses as for the estimation of the number of cycles to initiation of the fatigue tests and the lifetimes of the industrial structure are identified. A reformulation of the criterion is then proposed by integrating first a dependence on the test temperature and then the mutual contribution of the plastic energy dissipated per stabilized cycle and the elastic opening energy, which allows to take into account the effects of closure and mean stress. Uniaxial crack propagation tests on notched specimens and under isothermal and anisothermal loads for a temperature range between 300 °C and 950 °C (calibrated according to those measured on turbochargers) are then conducted to analyse the crack propagation rates as a function of temperature, amplitude and loading ratio. For the steel considered, the cracks propagate in transgranular mode while the observed propagation paths are perpendicular to the direction of loading even if interactions between microstructure and cracks induce oscillations. The macroscopic and local closure effects related to cyclic viscoplasticity and temperature are finely analysed and the propagation curves are then established first in the simplified framework of linear fracture mechanics. They appear to be uncorrelated with the local microstructure of the studied material, underlining a good repeatability of the behaviour. An approach based on a micro-propagation law is then proposed to estimate the propagation rates from an energy formulation. This model has been validated for different loading levels and can be easily used in a industrial design process.Finally, The propagation curves are finally established in the more realistic framework of nonlinear fracture mechanics through finite element simulations and the G-Theta method in the Z-cracks tool. An in-depth study of the evolution of the driving forces of the propagation was carried out in order to evaluate the variation of the stress intensity factors and the size of the plastic zone as a function of the loading and the crack length. Special attention is given to the description of macroscopic and local crack closure with cyclic viscoplasticity and temperature. Finally, a test/calculation correlation study has allowed us to conclude on the relevance of all the results.Les turbocompresseurs, composants des moteurs à combustion interne, sont couramment fabriqués en acier inoxydable austénitique comme la nuance 1.4837. Le respect des réglementations ayant trait aux émissions polluantes des véhicules induit des chargements thermomécaniques de plus en plus sévères qui influence notamment la résistance à la fatigue oligocyclique de ces pièces. Les critères de fatigue relavant de l'amorçage de fissure conduisent à des analyses numériques qui ne sont pas cohérentes avec les durées de vie mesurées à l'essai. La prise en compte de la propagation de fissure devient alors un enjeu majeur de conception. Il s'agit donc ici de proposer un modèle comprenant à la fois les éléments utiles à la définition d'un amorçage de fissure dans un cadre de fatigue sous conditions anisothermes mais aussi ceux nécessaires pour décrire la propagation de fissures en condition de viscoplasticité généralisée.Après avoir détaillé la problématique industrielle et les thématiques scientifiques associées, une caractérisation métallurgique est menée sur l'acier inoxydable 1.4837 où la composition chimique, les phases en présence et la taille de grains sont analysés, mettant en évidence une microstructure grossière et une dispersion importante des modules de Young. Les critères existants sont alors analysés et les faiblesses quant à l'estimation du nombre de cycles à amorçage des essais de fatigue et des durées de vie de la structure industrielle sont identifiées. Une reformulation du critère est alors proposée en intégrant tout d'abord une dépendance à la température d'essai puis la contribution mutuelle de l'énergie plastique dissipée par cycle stabilisé et l'énergie d'ouverture élastique, ce qui permet de prendre en compte les effets de fermeture et de contrainte moyenne. Des essais de fissuration uniaxiale sur éprouvettes entaillées et sous chargements isothermes et anisothermes pour une plage de température entre 300 °C et 950 °C sont ensuite menés afin d'analyser les vitesses de propagation de fissure en fonction de la température, l'amplitude et le rapport du chargement. Pour l'acier considéré, les fissures se propagent en mode transgranulaire tandis que les chemins de propagation observés sont perpendiculaires à la direction de sollicitation même si des interactions entre microstructure et fissures induisent des oscillations. Les effets de fermeture macroscopique et locale en lien avec la viscoplasticité cyclique et la température sont finement analysés. Les courbes de propagation de fissure ont été établies d'abord dans le cadre simplifié de la mécanique linéaire de la rupture. Elles apparaissent décorrélées de la microstructure locale du matériau étudié, mettant en évidence une bonne répétabilité du comportement. Ensuite, une approche basée sur une loi de micro-propagation est également proposée afin d'estimer les vitesses de propagation à partir d'une formulation énergétique. Ce modèle a été validé pour différents niveaux de chargements et est facilement utilisable en bureau d'étude.Enfin, les courbes de propagation ont enfin été établies dans le cadre de la mécanique non-linéaire de la rupture par l'intermédiaire des simulations par éléments finis élasto-viscoplastiques de la propagation de fissure et de la méthode G-Theta dans l'outil Z-cracks. Une étude approfondie de l'évolution des forces motrices de la propagation a été effectuée afin d'évaluer la variation des facteurs d'intensité de contrainte et de la taille de la zone plastique en fonction du chargement et de la longueur de fissure. Une attention particulière est accordée à la description de la fermeture de fissure macroscopique et locale avec la viscoplasticité cyclique et la température. Une étude de corrélation essais/calcul a enfin permis de conclure sur la pertinence de l'ensemble des résultats
Optimisation de la réaction de Paternò-Büchi pour la caractérisation par LC-MS/MS et/ou SFC-MS/MS de molécules auto-inductrices du quorum sensing bactérien
No full textInternational audienceLe langage chimique permettant aux bactéries d’interagir, appelé quorum sensing, est basé sur l'excrétion d'un ensemble de molécules appelées auto-inducteurs [1]. Plus la densité de population bactérienne augmente, plus concentration en molécules auto-inductrices dans le milieu extracellulaire augmente. Ainsi, à partir d’un certain seuil, la détection de ces molécules par un récepteur intracellulaire entraîne la régulation de l'expression des gènes bactériens, notamment des gènes de résistance ou de virulence. Ce mécanisme affecte le comportement du groupe et se traduit par une régulation de la population bactérienne.Cette étude porte sur les bactéries à Gram-négatif des genres Burkholderia et Paraburkholderia dont les molécules auto-inductrices sont des N-acyl-homosérine lactones (AHL) [2]. Dans la littérature, certaines de ces espèces bactériennes sont notamment décrites comme des pathogènes opportunistes pour l'homme [3], suscitant ainsi l'intérêt de la communauté scientifique. Les AHL sont composés d’une lactone ainsi que d’une chaîne acyle de longueur variable (généralement de C4 à C18). Cette dernière peut être modifiée par un substituant 3-oxo, ou dans certains cas, un substituant 3-hydroxy, une branche méthyle terminale, ou divers degrés d'instaurations [4]. Ainsi, la spécificité du signal bactérien d’un AHL dépend de la longueur de sa chaîne acyle, de la présence d'un groupe oxo ou hydroxyle, mais aussi de la position de la double liaison sur son squelette carboné. Afin de mieux comprendre les phénomènes de régulation des populations et de virulence, il est donc essentiel d'obtenir une caractérisation complète de la structure des AHL. Bien que plusieurs méthodes basées sur la spectrométrie de masse en tandem (MS/MS) aient été développées pour étudier les AHL [5], seule une analyse RMN nécessitant la purification d'une grande quantité d'AHL permet de localiser les doubles liaisons sur la chaîne acyle. Afin de réduire significativement la quantité de matériel biologique nécessaire pour localiser les doubles liaisons sur le squelette carboné, une nouvelle méthode de spectrométrie de masse couplée à des méthodes séparatives, telles que la chromatographie liquide (LC) ou la chromatographie en fluide supercritique (SFC), sera développée. Cette méthode se basera sur des analyses LC-MS/MS et/ou SFC-MS/MS réalisées sur des extraits dérivés par une réaction de Paternò-Büchi en solution et/ou post-colonne [6]. La réaction de Paternò-Büchi est une photo-réaction entre un groupe carbonyle et une double liaison C=C, donnant lieu à un cycle oxétane [7]. Cette dérivation permet d’améliorer l’ionisation des AHLs et de localiser les liaisons C=C par fragmentation MS/MS du cycle oxétane. Dans le but d’optimiser, en solution dans un premier temps, cette réaction sur les AHL, l’influence de divers paramètres sur le rendement de la réaction a été étudiée à partir de standards. Les produits obtenus après dérivation ont été caractérisés par LC-MS/MS. Par la suite, la dérivation sera effectuée sur des extraits bactériens, et à terme, les informations structurales obtenues contribueront à une meilleure compréhension de l’implication des AHLs dans les phénomènes de régulation des populations et de virulence des bactéries des genres Burkholderia et Paraburkholderia.[1] J. Baltenneck et al, Microorganisms, 2021, 9 (2), 239[2] L. Eberl, International Journal of Medical Microbiology, 2006, 296 (2–3), 103-110[3] P. Drevinek et al, Clinical Microbiology and Infection, 2010, 16, 821-830[4] M.E.A. Churchill et al, Chemical Reviews, 2011, 111 (1), 68-85[5] T.P.T. Hoang et al, Analytical and Bioanalytical Chemistry, 2020, 412 (10), 2261-2276[6] T. Xu et al, Analytical Chimica Acta, 2018, 1028, 32-44[7] M. D’Auria et al, Molecules, 2013, 18, 11384–1142
Towards hybridization of ultra-high molecular weight polyethylene composites by thermally sprayed alumina: Feasibility and bond strength assessment
No full textInternational audienceComposite materials are increasingly inescapable in engineered systems in various industrial fields, given their high strength to weight ratio for increasing autonomy, reducing energy consumption and enhancing mechanical strength of high added value products. However, their out-of-plane resistance could be improved by multimaterial assembly for structural hybridization. The purpose of this study is to explore the possibility of upgrading the shock resistance of UHMWPE Tensylon® by alumina coating. Thermal spraying was used for alumina deposition on UHMWPE and bond strength assessment of the obtained assembly was performed by Laser Adhesion Test (LASAT). During experiments, free surface velocities of specimens were recorded by the use of Photonic Doppler Velocimetry (PDV) allowing relevant observations complementary to optical observations. From the PDV analysis and cross section observations by microscopy, a diagnostic of the decohesion of the interface is proposed. The study shows the possibility of assembling alumina on UHMWPE to strengthen its shock resistance and makes now possible the improvement of the study of deposition process parameters thanks to LASAT evaluations