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Technologies numériques pour la scolarisationdes enfants avec TSA
No full textInternational audienceD’après le modèle CIF-EA (OMS, 2007), les interventions à destination des enfants et adolescents avec trouble du spectre autistique (TSA) doivent répondre à un double-enjeu : réduire le retentissement du TSA sur la vie de l’individu pour diminuer les limitations d’activités et soutenir la personne dans ses activités quotidiennes et scolaires pour lever les barrières à sa participation sociale, notamment dans les milieux scolaires ordinaires. Dans ce contexte, les technologies de l’information et de la communication (TIC) sont plébiscitées pour proposer de nouvelles voies d’accompagnement des enfants et adolescents avec TSA pour les soutenir au quotidien et promouvoir leur scolarisation en milieu ordinaire. Aujourd’hui, les TIC font l’objet d’un nombre croissant de recherches, qui, au fil des années, ont fait levier sur une variété de technologies (robots, ordinateurs, tablettes, etc.). Néanmoins, il reste des défis à relever pour proposer des outils toujours plus adaptés aux besoins et envies des enfants et adolescents avec TSA et à ceux de leurs aidants (famille, école, professionnels médico-sociaux et de l’accompagnement), et mieux contribuer à l’épanouissement et à la réalisation des projets de vie des individus avec TSA. Après une brève synthèse des recherches sur les TIC pour les enfants et adolescents avec TSA, cette communication sera consacrée à l’exploration de ces défis au travers de thèmes tels que l’évolution des contenus d’intervention, des méthodes de conception et d’évaluation, et sera l’occasion d’évoquer les perspectives de recherche pour les relever
Apprentissage par renforcement et transfert de la simulation au réel pour la commande adaptative d'un AUV
No full textAutopilots for unmanned systems are usually designed based on the feedback provided by velocity and orientation sensors. In the case of autopilot systems for autonomous underwater vehicles (AUVs), the main objective in the design is to compensate for waves and current-induced disturbing forces acting on their body. Existing AUV autopilots are however only able to compensate for low-frequency components of sea-induced disturbances. It seems natural to assume that the AUV performance could be improved by taking the nature of the disturbances into account in the design of the autopilot. Adaptive control provides what seems to be an ideal framework for this end. The objective of this technique is to adjust automatically the control parameters when facing unknown or time-varying processes such that the desired performance threshold is met. Developed in the late 1950s, adaptive control frameworks have been considerably expanded and used in various fields, their application has been facilitated by the rapid progress in microelectronics and the increasing interaction between laboratories and companies, from aerospace to maritime industries. As a result, adaptive controllers started to be widely adopted in the industry in the early 1980s. It was established at that time that robust designs with fixed parameters are too limited to handle complex regimes. The study of adaptive controllers for AUV maneuvering is associated with various challenges, and the focus of this thesis was the external disturbances including: - Unknown dynamics: the uncertainty associated with describing precisely the states of waves or currents is high. This, together with its dynamic nature, prevents linear feedback control methods from achieving optimal performance of the plant. This becomes more critical in the presence of changes in weather conditions that impose a multiplicative factor in the component of the induced forces. The disturbance period will also vary with the speed of the vehicle and its orientation relative to the waves; - Nonlinearity: the controller response at some operating points must be overly conservative to satisfy the specification at other operating points. This is difficult to achieve for fixed parameters obtained through local linearization, that do not encompass the entire regime envelope. In this thesis, we considered the case where the AUVs have limited observability of the process and therefore the aforementioned uncertainties are not measured by the system. A class of adaptive control methods, known as learning-based adaptive controllers, have been developed to tackle some of these limitations. This family of solutions uses model-free optimization methods capable of compensating for the unknown part of a process while also maintaining optimal control of its known part using traditional model-based control structures. Among the various model-free methods, deep reinforcement learning is currently leading the field. They exploit strong statistical tools that provide control systems the ability to automatically learn and improve from experience without being explicitly told how to. The objective of this thesis was to formalize a novel learning-based adaptive control using deep reinforcement learning and adaptive pole-placement control. In addition, we proposed a novel experience replay mechanism that takes into account the characteristic of the biological replay mechanism. The methods were validated in simulation and in real life, demonstrating the benefits of combining both theories against using them separately.Les pilotes automatiques pour systèmes sans pilote sont généralement conçus sur la base des retours fournis par les capteurs de vitesse et d'orientation. Dans le cas des systèmes de pilotage automatique pour véhicules sous-marins autonomes (AUV), l'objectif principal de la conception est de compenser les forces perturbatrices induites par les vagues et le courant agissant sur leur corps. Les pilotes automatiques AUV existants ne sont cependant capables de compenser que les composantes basse fréquence des perturbations induites par la mer. Il semble naturel de supposer que les performances de l'AUV pourraient être améliorées en prenant en compte la nature des perturbations dans la conception du pilote automatique. Le contrôle adaptatif fournit ce qui semble être un cadre idéal à cette fin. L'objectif de cette technique est d'ajuster automatiquement les paramètres de contrôle face à des processus inconnus ou variables dans le temps, de manière à atteindre le seuil de performance souhaité. Développés à la fin des années 1950, les cadres de contrôle adaptatifs ont été considérablement étendus et utilisés dans divers domaines [...] et les contrôleurs adaptatifs ont commencé à être largement adoptés dans l’industrie au début des années 1980. Il était alors établi que les conceptions robustes avec des paramètres fixes étaient trop limitées pour gérer des régimes complexes. L'étude des contrôleurs adaptatifs pour les manœuvres des AUV est associée à divers défis, et cette thèse s'est concentrée sur les perturbations externes parmi lesquelles : - Dynamique inconnue : l'incertitude associée à la description précise des états des vagues ou des courants est élevée. Ceci, combiné à sa nature dynamique, empêche les méthodes de contrôle par rétroaction linéaire d'atteindre des performances optimales de l'installation. Cela devient plus critique en présence de changements dans les conditions météorologiques qui imposent un facteur multiplicatif dans la composante des forces induites. La période de perturbation variera également avec la vitesse du véhicule et son orientation par rapport aux vagues ; - Non-linéarité : la réponse du contrôleur à certains points de fonctionnement doit être trop conservatrice pour satisfaire aux spécifications à d'autres points de fonctionnement. Ceci est difficile à réaliser pour des paramètres fixes obtenus par linéarisation locale, qui n’englobent pas la totalité de l’enveloppe du régime. Dans cette thèse, nous avons considéré le cas où les AUV ont une observabilité limitée du processus et donc les incertitudes susmentionnées ne sont pas mesurées par le système. Une classe de méthodes de contrôle adaptatif, connues sous le nom de contrôleurs adaptatifs basés sur l'apprentissage, a été développée pour remédier à certaines de ces limitations. Cette famille de solutions utilise des méthodes d'optimisation sans modèle capables de compenser la partie inconnue d'un processus tout en maintenant un contrôle optimal de sa partie connue à l'aide de structures de contrôle traditionnelles basées sur des modèles. Parmi les différentes méthodes sans modèle, l’apprentissage par renforcement profond est actuellement en tête. Ils exploitent des outils statistiques puissants qui donnent aux systèmes de contrôle la capacité d’apprendre et de s’améliorer automatiquement à partir de l’expérience sans qu’on leur indique explicitement comment le faire. L'objectif de cette thèse était de formaliser un nouveau contrôle adaptatif basé sur l'apprentissage utilisant l'apprentissage par renforcement profond et le contrôle adaptatif de placement de pôles. De plus, nous avons proposé un nouveau mécanisme de relecture d’expérience qui prend en compte les caractéristiques du mécanisme de relecture biologique. Les méthodes ont été validées en simulation et en situation réelle, démontrant les bénéfices de combiner les deux théories plutôt que de les utiliser séparément
Optimisation, stabilisation et contrôle par phase optique d'un accélérateur laser-plasma à haut taux de répétition
No full textThis PhD thesis presents experimental work on the development of a high-repetition rate (kHz) laser-wakefield accelerator using few millijoules, near-single cycle laser pulses. We explore a large set of experimental parameters to optimize the accelerator by controlling the plasma density and profile, pulse duration, type of gas and injection mechanism used in experiments. We demonstrate significant performances improvement, notably with progress made on the long-term stability and reliability of the accelerator with continuous and stable operation of the accelerator for several hours accumulating a record of 18 million consecutive shots. We achieve this gain in stability by using a newly designed type of gas target resulting in an asymmetric hydrodynamic oblique shock enabling injection in the downward density transition of the shock region. Using particle-in-cell simulations, we understand in details the underlying causes leading to an optimized and stable acceleration regime. The typical electron beam energy has also been increased by a factor of two, up to 8 MeV, while a single-shot beam divergence as low as 3mrad is achieved using helium instead of nitrogen to form the plasma. We then present the results of a first application experiment in radiobiology where our accelerator is used to irradiate cancerous cells, taking advantage of the newly acquired stability.Secondly, we study the specificity of the interaction of near-single cycle pulses with an underdense plasma that occurs in our accelerator, mainly through the effect of the carrier-envelope phase (CEP). We observe and control experimentally for the first time CEP effects in a laser-wakefield accelerator, that manifest through a dependence of the electron beam pointing to the laser initial optical phase. We also show significant (up to 30%) charge variations in some cases when changing the value of the CEP. By carrying out particle-in-cell simulations, we explain these effects by the periodic off-axis injection of several electron sub-bunches triggered by the oscillation of the asymmetry of the plasma wave in the laser polarization direction due to the CEP shifting during propagation. Finally, we discuss preliminary results on carrier-envelope phase effects on the electron energy spectrum associated with ionization injection in a helium-argon gas mixture.Cette thèse de doctorat présente le travail expérimental sur le développement d'un accélérateur laser-plasma à haut taux de répétition (kHz) utilisant des impulsions laser de quelques milijoules, et de durée proche du cycle optique. Nous explorons un large ensemble de paramètres expérimentaux pour optimiser l'accélérateur en contrôlant la densité et le profil plasma, la durée des impulsions, le type de gaz et le mécanisme d'injection utilisés dans les expériences. Nous démontrons une amélioration significative des performances, notamment avec d’importants progrès réalisés sur la stabilité et la fiabilité à long terme de l'accélérateur, avec un fonctionnement continu et stable de l'accélérateur pendant plusieurs heures accumulant un record de 18 millions de tirs consécutifs. Ce gain de stabilité est obtenu en utilisant un nouveau type de jet de gaz qui utilise un choc hydrodynamique oblique asymétrique permettant l'injection d’électrons dans le gradient de densité descendant de la région choquée. En utilisant des simulations particle-in-cell, les causes physiques menant à un régime d'accélération optimisé et stable sont établies. L'énergie typique du faisceau d'électrons a également été augmentée d'un facteur deux, jusqu'à 8 MeV, tandis que des divergences divergence mono-tir du faisceau d’électrons aussi faible que 3mrad sont obtenues en utilisant de l'hélium au lieu de l'azote pour créer le plasma. Nous présentons ensuite les résultats d'une première expérience d'application en radiobiologie où notre accélérateur est utilisé pour irradier des cellules cancéreuses, en profitant de la stabilité nouvellement acquise.Dans un second temps, nous étudions les spécificités de l'interaction des impulsions proche du cycle optique avec un plasma sous-dense se produisant dans notre accélérateur, principalement par l'effet de la phase enveloppe-porteuse (CEP). Nous observons et contrôlons expérimentalement pour la première fois les effets CEP dans un accélérateur laser-plasma, qui se manifestent par une dépendance du pointé du faisceau d'électrons à la phase optique initiale du laser. Des variations de charge significatives (jusqu'à 30%) lorsque l'on change la valeur du CEP sont également observées dans certains cas. En effectuant des simulations particle-in-cell, nous expliquons ces effets par une injection périodique hors axe de plusieurs sous-faisceaux d'électrons déclenchée par l'oscillation de l'asymétrie de l'onde plasma dans la direction de polarisation du laser due au glissement de la CEP pendant la propagation. Enfin, nous discutons de résultats préliminaires concernant les effets de la CEP sur le spectre d'énergie des électrons associés à l'injection d'ionisation dans un mélange de gaz hélium-argon
Regioselective naphthalene C-H bond halogenation: new methodologies and total synthesis application
No full textInternational audienc
Seeded free-electron laser driven by a compact laser plasma accelerator
No full textInternational audienceAbstract Free-electron lasers generate high-brilliance coherent radiation at wavelengths spanning from the infrared to the X-ray domains. The recent development of short-wavelength seeded free-electron lasers now allows for unprecedented levels of control on longitudinal coherence, opening new scientific avenues such as ultra-fast dynamics on complex systems and X-ray nonlinear optics. Although those devices rely on state-of-the-art large-scale accelerators, advancements on laser-plasma accelerators, which harness gigavolt-per-centimetre accelerating fields, showcase a promising technology as compact drivers for free-electron lasers. Using such footprint-reduced accelerators, exponential amplification of a shot-noise type of radiation in a self-amplified spontaneous emission configuration was recently achieved. However, employing this compact approach for the delivery of temporally coherent pulses in a controlled manner has remained a major challenge. Here we present the experimental demonstration of a laser-plasma accelerator-driven free-electron laser in a seeded configuration, where control over the radiation wavelength is accomplished. Furthermore, the appearance of interference fringes, resulting from the interaction between the phase-locked emitted radiation and the seed, confirms longitudinal coherence. Building on our scientific achievements, we anticipate a navigable pathway to extreme-ultraviolet wavelengths, paving the way towards smaller-scale free-electron lasers, unique tools for a multitude of applications in industry, laboratories and universities
Conversational agents for fostering curiosity-driven learning
No full textKids Ask" is a project that aims to design innovative educational technologies that can stimulate and support the epistemic curiosity of young learners and that leverage the social benefits of using artificial conversational agents.Kids Ask" is a project that aims to design innovative educational technologies that can stimulate and support the epistemic curiosity of young learners and that leverage the social benefits of using artificial conversational agents
The stochastic Auxiliary Problem Principle in Banach spaces: measurability and convergence
No full textInternational audienceThe stochastic Auxiliary Problem Principle (APP) algorithm is a general Stochastic Approximation (SA) scheme that turns the resolution of an original optimization problem into the iterative resolution of a sequence of auxiliary problems. This framework has been introduced to design decomposition-coordination schemes but also encompasses many well-known SA algorithms such as stochastic gradient descent or stochastic mirror descent. We study the stochastic APP in the case where the iterates lie in a Banach space and we consider an additive error on the computation of the subgradient of the objective. In order to derive convergence results or efficiency estimates for a SA scheme, the iterates must be random variables. This is why we prove the measurability of the iterates of the stochastic APP algorithm. Then, we extend convergence results from the Hilbert space case to the Banach space case. Finally, we derive efficiency estimates for the function values taken at the averaged sequence of iterates or at the last iterate, the latter being obtained by adapting the concept of modified Fejér monotonicity to our framework
Optimization of a domestic microgrid equipped with solar panel and battery: Model Predictive Control and Stochastic Dual Dynamic Programming approaches
No full textInternational audienceIn this study, a microgrid with storage (battery, hot water tank) and solar panel is considered. We benchmark two algorithms, MPC and SDDP, that yield online policies to manage the microgrid, and compare them with a rule based policy. Model Predictive Control (MPC) is a well-known algorithm which models the future uncertainties with a deterministic forecast. By contrast, Stochastic Dual Dynamic Programming (SDDP) models the future uncertainties as stagewise independent random variables with known probability distributions. We present a scheme, based on out-of-sample validation, to fairly compare the two online policies yielded by MPC and SDDP. Our numerical studies put to light that MPC and SDDP achieve significant gains compared to the rule based policy, and that SDDP overperforms MPC not only on average but on most of the out-of-sample assessment scenarios
