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Spatiotemporal dynamics of ultrarelativistic beam-plasma instabilities
No full textInternational audienceAn electron or electron-positron beam streaming through a plasma is notoriously prone to microinstabilities. For a dilute ultrarelativistic infinite beam, the dominant instability is a mixed mode between longitudinal two-stream and transverse filamentation modes, with a phase velocity oblique to the beam velocity. A spatiotemporal theory describing the linear growth of this oblique mixed instability is proposed which predicts that spatiotemporal effects generally prevail for finite-length beams, leading to a significantly slower instability evolution than in the usually assumed purely temporal regime. These results are accurately supported by particle-in-cell (PIC) simulations. Furthermore, we show that the self-focusing dynamics caused by the plasma wakefields driven by finite-width beams can compete with the oblique instability. Analyzed through PIC simulations, the interplay of these two processes in realistic systems bears important implications for upcoming accelerator experiments on ultrarelativistic beam-plasma interactions
Gâteaux type path-dependent PDEs and BSDEs with Gaussian forward processes
No full textInternational audienceWe are interested in path-dependent semilinear PDEs, where the derivatives are of Gâteaux type in specific directions k and b, being the kernel functions of a Volterra Gaussian process X. Under some conditions on k, b and the coefficients of the PDE, we prove existence and uniqueness of a decoupled mild solution, a notion introduced in a previous paper by the authors. We also show that the solution of the PDE can be represented through BSDEs where the forward (underlying) process is X
Fatigue life study of superelastic NiTi Shape Memory Alloys using self-heating under cyclic loading method
No full textInternational audienceThis paper concerns the High Cycle Fatigue (HCF) properties of superelastic NiTi Shape Memory Alloys (SMA). Up till today, HCF fatigue of SMAs has not been much studied and, therefore, there is a lack of tools to design the SMA pieces and structures against fatigue. In this study, it is proposed to investigate the HCF properties of NiTi SMAs by using a new approach based, on one hand, on self-heating tests under cyclic loading and, on the other hand, on a probabilistic two-scale model. The proposed model permits to establish a link between self-heating phenomena and the fatigue properties of the material. Finally, our approach is validated by comparing the model predictions to the experimental results obtained with classical HCF fatigue tests
Diffraction grating with space-time modulation
No full textInternational audienceWe present a theoretical and numerical analysis of the diffraction of acoustic waves by space-time modulated gratings with rigid-type modulations. This is done by deriving the form of the modes which are exact, uncoupled, solutions of the problem in the unbounded regions, inside and outside the grating. The dispersion of the modes is studied as a function of the ratio of the modulation speed to the speed of sound which shows that each spatial diffraction order is associated with a single temporal diffraction order. For a grating of finite extend, the solution is obtained as a superposition of these modes, which couple at the grating interfaces. This provides a numerical, multimodal, method when considering a truncated version of the solution. We provide analysis of the solutions in the harmonic and in the transient regimes
Simulation Numérique du Sloshing à l'aide d'une Méthode Eléments Finis Bifluide.
No full textInternational audienceThis study presents the numerical results of a sloshing case obtained by a computational code specially developed for the simulation of free surface flows. We focused on an incompressible and inviscid two-phase flow. The Level-Set method has been used to capture the free surface. This code used a Finite Element formulation in order to discretize the set of equations and to authorize robust and high-order numerical schemes. Numerical results provided by different cases of sloshing validated the solver, confirming the powerof this method. Using this method, we observed that increasing spatial order allows the solutions to converge more fastly to the reference values.Cette étude présente les résultats numériques d'un cas de sloshing obtenus par un code de calcul spécialement développé pour la simulation d'écoulements à surface libre. Les écoulements traités sont de type bifluide, à phases incompressibles et non-visqueuses. La méthode Level-Set (méthode des Lignes de Niveau) est utilisée pour capturer la surface libre de façon implicite. L'outil numérique se base sur une formulation Eléments Finis afin de discrétiser le jeu d'équations, et autoriser l'utilisation de schémas numériques robustes et d'ordres élevés. Les résultats numériques issus de différents cas de sloshing ont permis de valider l'outil numérique tout en confirmant la puissance de la méthode. La montée en ordre spatial a permis aux résultats de converger plus rapidement vers les solutions de référence.</div
Using artificial intelligence for improving the interoperability : A case-study concerning the legal response to sexist offences in France
No full textInternational audienc
Improving mechanical characteristics of a Zr based metallic glass under dynamic conditions by dynamic predeformation
No full textInternational audienceThe effects of dynamic predeformation on the dynamic behaviour of metallic glasses (MG) are investigated through split Hopkinson pressure bar (SHPB) tests. The results obtained on samples fractured in a single test are compared with those on samples fractured in two successive SHPB tests. They show a reduction in data scatter and an increase in maximum stress for predeformed samples
Synthèse basée sur la physique du bruit des éoliennes
No full textIt is known that the wind turbine noise is a potential source of disturbance and annoyance for the people in the vicinity of the wind farms. The work presented in the thesis addressed the problem of wind turbine noise by developing a physic-based model to synthesize and study it. The synthesis model detailed here advances from the frequency-domain model for wind turbine noise developed by Tian and Cotté and revisits certain components in light of the recent literature. A synthesis tool is created to convert the frequency domain noise predictions to a time signal with the help of a window function. The designed window function is made to account for the difference in the propagation time observed due to the rotation of the blades.A few test cases of the synthesized sound can be found in the thesis for different scenarios. The model is finally compared to the field measurements done for an entire wind farm and show fairly good results for the source as well as the propagation part. The developed model is a useful tool which can be used for psychoacoutic evaluation to understand the perception and annoyance factor of wind turbine noise. Along with obtaining the spectral levels of the expected noise from the wind farm, the tool also produces audible signals that can be further used for the desired purpose. Thus making it a useful tool that abridges the gap between citizens, local authorities and acousticians.Il est connu que le bruit des éoliennes est une source potentielle de dérangement et de gêne pour les personnes se trouvant à proximité des parcs éoliens. Le travail présenté dans la thèse a abordé le problème du bruit des éoliennes en développant un modèle basé sur la physique pour le synthétiser et l'étudier. Le modèle de synthèse détaillé ici s'appuie sur le modèle fréquentiel du bruit des éoliennes développé par Tian et Cotté et revisite certaines composantes à la lumière de la littérature récente. Un outil de synthèse est créé pour convertir les prédictions de bruit dans le domaine fréquentiel en un signal temporel à l'aide d'une fonction de fenêtre. La fonction de fenêtre conçue est conçue pour tenir compte de la différence de temps de propagation observée en raison de la rotation des pales.Quelques cas de test du son synthétisé peuvent être trouvés dans la thèse pour différents scénarios. Le modèle est finalement comparé aux mesures de terrain effectuées pour l'ensemble d'un parc éolien et montre d'assez bons résultats tant pour la source que pour la partie propagation. Le modèle développé est un outil utile qui peut être utilisé pour l'évaluation psychoacoustique afin de comprendre la perception et le facteur de gêne du bruit des éoliennes. En plus d'obtenir les niveaux spectraux du bruit attendu du parc éolien, l'outil produit également des signaux sonores qui peuvent ensuite être utilisés aux fins souhaitées. Ce qui en fait un outil utile qui comble le fossé entre les citoyens, les collectivités locales et les acousticiens
Études numériques et expérimentales de systèmes d'imagerie plénoptique à rayons X
No full textThe information carried by each light ray in space can be parameterized by the coordinates of two planes, which generates the notion of 4-dimension (4D) light field. The imaging system to acquire such 4D light field information, so-called plenoptic camera, has been widely studied in visible. It has been demonstrated in visible light that the captured 4D light field allows for numerically refocusing the image at different depths and rendering a 3D model of the sample with one exposure. So far, however, there have been very limited developments about X-ray light field imaging system.Compared to computed tomography, X-ray light field imaging has two major advantages: On the one hand, X-ray light field imaging has the property of acquiring 3D information with short exposure time, leading to lower doses and thus less radiation damage to biological samples. On the other hand, the data collection of X-ray light field imaging does not require the rotation or the immobilization of the sample, which allows to reconstruct 3D video of alive or moving sample. Therefore, the goal of the thesis is to build a prototype of X-ray plenoptic imaging system with suitable optical elements, enabling quasi-3D X-ray images in very few exposures in primary stage. Theoretical studies, simulations and experimental demonstrations have been carried out on this topic. The related work of the thesis can be divided into four main sections:The first section reviewed the development of light field imaging system in visible light and the relevant refocusing and depth extraction algorithms. We mathematically demonstrated the interconnection between the three refocusing algorithms based on geometrical optics.In the second section, we proposed a plenoptic camera based on Fresnel zone plates (FZP) for soft X-ray of 0.4 keV. To design a dense FZP array for X-ray light field imaging system, there exists a trade-off between the size and the resolution of each FZP, since the imaging performance of a FZP is determined by its geometry. To address this issue, a simulation method based on scalar diffraction has been developed in this section. With the help of the simulation method, the effect of the number of zones on FZP image formation has been discussed, especially the case of very small number of zones.For hard X-rays of 17 keV, we conceived an X-ray light field imaging system with a curved crystal as main “lens”, which is introduced in the third section. A ray-tracing algorithm has been accordingly developed, which allows to examine the imaging property of the crystal with different geometries. Verified by our ray-tracing calculation, toroidally curved crystal exhibits high numerical aperture and point-to-point focusing property and is thus selected to be the main “lens”. The toroidally curved crystals have been purchased and is under experimental tests.The final section reported the experimental work on two plenoptic cameras at different X-ray energy. Firstly, the construction of an experimental X-ray light field microscope in the “water window” (0.43 keV) is described in detail. Secondly, the first experiment of the FZP-based X-ray light field imaging system with synchrotron radiation at 11 keV are presented with results. Numerical focus change and depth extraction have been achieved from X-ray experimental data with the algorithms developed for visible light system. The experimental results demonstrated the applicability of visible light field theory in X-ray range and the feasibility of X-ray light field imaging system.L’information de chaque rayon lumineux dans l’espace peut être modélisée par les coordonnées dans deux plans, d’où provient la notion de champ de lumière en 4 dimensions (4D). Le système d’imagerie utilisé pour acquérir cette information 4D est appelé caméra plénoptique et a beaucoup été étudié dans le domaine du visible. Il a été démontré pour le domaine du visible que la capture du champ de lumière 4D permet de numériquement refocaliser l’image à différentes profondeurs et d’obtenir un modèle 3D d’un échantillon en une seule acquisition. Cependant, jusqu’à maintenant, peu d’études se sont intéressées aux systèmes d’imagerie plénoptique dans le domaine des rayons X.Comparée à la tomographie, l’imagerie plénoptique à rayons X a deux avantages : d’une part, elle permettrait de réduire le temps d’exposition et donc la dose reçue grâce à la capture du champ de lumière en une seule acquisition, ce qui est intéressant pour limiter les dommages causés aux échantillons biologiques. D’autre part, l’imagerie plénoptique à rayons X ne requiert pas de tourner l’échantillon, ni de l’immobiliser, ce qui permettrait de reconstruire des images 3D d’échantillons vivants ou en mouvement.Le but de ce travail de thèse est donc de construire un prototype de caméra plénoptique avec des éléments optiques fonctionnant pour les rayons X et permettant de façon préliminaire de reconstruire des images quasi-3D en très peu d’acquisitions. Dans ce but, nous avons réalisé une étude théorique, numérique et expérimentale. Le travail présenté dans ce manuscrit est séparé en quatre grandes parties :Dans la première partie, nous faisons une revue du développement des systèmes d’imagerie plénoptique pour la lumière visible ainsi que des algorithmes. Nous avons démontré mathématiquement l’interconnexion entre les trois algorithmes de refocalisation en se basant sur l’optique géométrique.Dans la deuxième partie, nous proposons une caméra plénoptique pour rayons X mous (0.4 keV) basée sur les lentilles de Fresnel (en anglais « Fresnel zone plate », FZP). Pour concevoir une matrice dense de FZP pour l’imagerie plénoptique à rayons X, il faut réaliser un compromis entre la taille et la résolution de chaque FZP. La performance d’une FZP est déterminée par sa géométrie. Pour régler ce problème, une méthode de simulation basée sur la diffraction scalaire a été développée dans cette partie. A l’aide de cette simulation, l’effet du nombre de zones sur la formation d’une image par la FZP est discuté, et particulièrement dans le cas d’un très petit nombre de zones.Pour les rayons X durs (17 keV), nous avons conçu un système d’imagerie plénoptique basé sur un cristal courbé comme « lentille » principale, qui est présenté dans la troisième section. Pour ce faire, un algorithme de tracé de rayons a été développé pour permettre d’étudier les propriétés d’imagerie de différentes configurations du cristal. A l’aide de ces calculs, nous montrons qu’un cristal torique possède une grande ouverture numérique et produit une focalisation point à point. Il convient donc en tant que « lentille » principale de notre système d’imagerie. Ce cristal torique a été livré et est en cours de test.La dernière section décrit deux expériences sur des caméras plénoptiques pour des rayons X à différentes énergies. D’abord, la mise en place d’un microscope plénoptique expérimental dans la fenêtre dite « de l’eau » (0.43 keV) est détaillée. Ensuite, la première expérience avec rayonnement synchrotron à 11 keV d’un système d’imagerie plénoptique à rayons X basé sur les FZP est présentée. Le changement de la focale en fonction de la profondeur et l’information de profondeur de la cible ont été obtenus à partir des données expérimentales et des algorithmes développés pour la lumière visible. Ces résultats montrent la validité pour les rayons X de la théorie plénoptique développée pour la lumière visible, ainsi que la faisabilité d’un système d’imagerie plénoptique à rayons X