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Phase-field modeling of cavity growth and dislocation climb
No full textInternational audienceAn original phase-field model coupling cavity growth, dislocation climb and vacancy diffusion is proposed. The model naturally accounts for elastic interactions between objects while its kinetic equations guarantee that matter is conserved when bulk vacancies are exchanged at the cavity surface or the dislocation core. An original spectral method that drastically reduces simulation time is also proposed in order to efficiently obtain the stationary vacancy concentration profiles during the objects evolution. It is shown how this model can be calibrated in a physically-informed way to reproduce diffusion-mediated cavity growth and dislocation climb under the so called "local equilibrium assumption". As an application of the model, the microstructural evolution of an annealed irradiated aluminum sample, implying interactions between several cavities and dislocations, is simulated. Non trivial effects regarding the dislocation-induced elastic interactions on the closure kinetics of cavities are notably highlighted
Skill-Based Architectures in Autonomous Systems: an Empirical Study
No full textInternational audienceThe deployment of complex autonomous systems in open environments requires robust, modular, and verifiable software architectures. Skillset models, which encapsulate robot capabilities into modular Skills, address these challenges. In such architectures, the Skill-based layer translates high-level plans into executable actions. Using a Domain-Specific Language (DSL) for Skillset modeling enables formal verification and reliable code generation.This paper presents an empirical study of recent Skillbased architectures using the ONERA Robot Skill Toolchain, highlighting best practices, common pitfalls, and guidelines for future developments.Our results confirm that Skill-based architectures improve adaptivity, complexity management, and robustness in autonomous systems. However, ensuring dependable autonomy still requires formal development frameworks and better failure-handling tools
Synthèse de Poly(diméthylsiloxane) autocicatrisants et leurs stabilités aux irradiations protons
No full textInternational audienc
Sustainable Eco-Design of Hybrid-Electric Aircraft via Bayesian Optimization with Mixed Hierarchical Variables
No full textInternational audienceMultidisciplinary design optimization (MDO) of hybrid-electric aircraft involves complex interactions among aerodynamic, structural, and propulsion systems, characterized by high-dimensional design spaces with mixed continuous and categorical variables organized hierarchically. Traditional optimization methods often struggle with such complexity, leading to inefficiencies in the design process. This study introduces an advanced Bayesian optimization framework that integrates Gaussian process (GP) surrogate modeling tailored for mixed hierarchical variables. By incorporating hierarchy information into the GP model, the framework enhances the accuracy of surrogate modeling for variable-size black-box problems. The effectiveness of this approach is demonstrated through its application to the "DRAGON" hybrid-electric aircraft concept, resulting in significant improvements in computational efficiency and convergence rates. These findings underscore the potential of hierarchical GP models in facilitating sustainable eco-design of next-generation aircraft.
FPGA Assessment Methodology of Adverse X-Ray Effects on Secure Digital Circuits
No full textInternational audienceRecent research demonstrates the feasibility of Xray attacks. Unlike traditional fault injection methods, X-rays offer precise spatial targeting because of their short wavelength and high penetration power. This allows attackers to selectively target specific regions within a device, from individual transistors to larger blocks. This necessitates a new perspective on hardening techniques, requiring designers to consider the impact of X-ray irradiation on both fault injection and power consumption. To address this challenge, the paper proposes a characterization flow that analyzes the differences in side-channel leakages of FPGA components and their susceptibility to increased leakage due to X-ray effects. Despite the fundamental differences between ASIC and FPGA layouts, they both share the caracteristic of being MOS technology-based, which makes them both susceptible to TID effects. The simulation results strongly support the theory that X-rays can induce leakage currents, thereby amplifying the side-channel information leakage observed in our experiments on FPGAs. Furthermore, these results provide concrete evidence that different FPGA components exhibit varying susceptibility to X-ray-induced leakage. Our findings reveal a clear hierarchy of vulnerability, with interconnects being the most susceptible elements, followed by registers, and lastly, logic components (LUTs and MUXes). This differential vulnerability offers valuable information for designers of secure cryptographic circuits. By understanding how X-rays impact different components, hardening techniques can be strategically targeted to provide the most effective protection against both fault injection and side-channel leakage
Modélisation et simulation des interactions plasma surface – Application à l’environnement spatial
No full textAu cours de la plupart des missions spatiales, les engins spatiaux sont soumis à de nombreuses contraintes liées à l’environnement spatial. En particulier, l’environnement plasma peut conduire à des niveaux élevés de charge électrique en raison des interactions des particules chargées avec les matériaux de surface ou interne. Ces particules proviennent de l’environnement spatial naturel ou bien un environnement plasma secondaire (ou induit) lié à des sources de particule telles que les propulseurs plasma ou les émetteurs d’ions. On considère généralement que les électrons et les ions dont l’énergie est comprise entre une fraction d’eV et quelques centaines de keV sont responsables des phénomènes de surface sur un satellite. Ces particules sont collectées sur les surfaces externes créant une détérioration de la propreté électrostatique de l’engin et des dégradations des propriétés des matériaux de surface. Dans des cas extrêmes, ces phénomènes sont susceptibles de mener à des pertes de puissances importantes mettant en péril l’objectif de la mission et à des décharges électrostatiques potentiellement responsables de la perte du satellite. Le dernier évènement officiellement recensé est la perte du satellite de télécommunication Boeing Intelsat 29E en 2019 potentiellement attribuée à une décharge électrostatique liée à l’environnement spatial ou à un impact micrométéorite.Le sujet de l’environnement chargeant est d’autant plus d’actualité qu’il est un enjeu de la compétitivité européenne et que le spatial est en pleine transformation avec le New Space, l’intégration de la propulsion électrique sur les plateformes qui entraîne une montée en puissance et en tension des panneaux solaires, l’apparition des technologies de panneaux souples, la montée en orbite électrique faisant traverser des environnements plasma diverses, les nouveaux venus avec des concepts mission innovants (servicing, docking, ...) ou low cost, les missions scientifiques en environnement extrême (JUICE, missions lunaires, ...). Depuis mon arrivée à l’ONERA, il y a 15 ans, je me suis consacré à comprendre la physique de ces phénomènes d’interaction plasma avec les engins spatiaux. J’ai ainsi pu proposer de nouvelles modélisations et encadrer des travaux de thèses permettant de mieux prédire la charge électrostatique des satellites, le seuil de déclenchement des décharges électrostatiques, la propagation de ces décharges, la charge interne créée par les électrons de haute énergie, les effets de panaches des propulseurs électriques et l’effet multipactor dans les composants haute fréquence. Les modèles développés ainsi que les nombreux cas de simulations réalisées m’ont permis de développer une expertise dans l’évaluation du risque électrostatique dans le contexte de nombreuses missions spatiales pour le compte de laboratoires académiques, d’agences et d’industriels du spatial.Au-delà de la modélisation physique, la simulation numérique multi-échelle et le développement du cœur numérique de SPIS ont constitué une grande partie de mon activité. SPIS n’a pas été qu’un outil de simulation numérique, mais il a constitué un laboratoire d’essais pour diverses tentatives de modélisation et de nouvelles méthodes de résolution numérique allant de méthodes avancées utilisant des pas de temps multiples, de méthodes de backtracking, la méthode patch, le PIC perturbatif, l’utilisation de méta-modèles et le couplage de code. Utilisé dans le cadre d’études, il a permis de simuler de nombreux cas allant de la perturbation des mesures de détecteurs de particules sur Solar Orbiter jusqu’à la simulation du décollage de poussières autour d’un rover lunaire. Open source depuis sa création, il y a 25 ans, il s’est imposé comme une référence en Europe et est utilisé dans le monde entier, son développement et son animation scientifique se font dans le cadre du réseau SPINE (Spacecraft Plasma Interactions Network in Europe) et il a été le moteur de ma participation au laboratoire ONERA LMA2S
Development of an all-fiber spliced laser system using stimulated Brillouin scattering mitigation techniques and achieving 50 ns, 10 kW peak power for lidar applications
No full textInternational audienceThis work compares several Yb-doped large mode area (LMA) fiber amplifiers operating in the ∼50 ns regime at 1030 nm designed for airborne wind lidar application. The sinusoidal phase modulation applied to the signal enhances the SBS threshold by a factor 8.8 compared to a single frequency operation while still complying with lidar receiver spectral requirements. By combining this modulation with short, highly doped LMA fibers, more than 10 kW output peak power has been reached for 50 ns pulses at 40 kHz repetition rate
Resource Allocation for a Constellation of Low Earth Orbit Telecommunication Satellites: Optimization of the User-Satellite Link Network
No full textInternational audienceThe deployment of Low Earth Orbit (LEO) constellations for telecommunications is a growing market for satellite manufacturers. Such constellations offer a global coverage, low latency, resilience and redundancy, but their design requires numerous steps for which decision tools are more than necessary. In this paper, we propose to develop optimization algorithms to handle the resource allocation problem on the forward link between the LEO satellites and the end-users. In this problem, given a LEO constellation and an on-ground traffic model, the goal is to allocate the available resources of the satellites (bandwidth and power) in order to provided the maximum quantity of service to the end-users. A key point is that due to the high velocity of the satellites on their low orbits, each end-user can only stay connected to a satellite for a few minutes. To maintain a continuous service, it is crucial to extend the connection times with each satellite to avoid handovers. Failure to do so may negatively impact the quality of service due to frequent and abrupt disconnections. To tackle this problem, we propose two heuristic methods exploiting the computation of maximum flows with minimum cost in graphs. These heuristic methods are compared with mixed integer linear programming approaches.La mise en place de constellations en orbite terrestre basse (LEO) pour les télécommunications est un marché en croissance pour les fabricants de satellites. De telles constellations offrent une couverture mondiale, une faible latence, une résilience et une redondance, mais leur conception nécessite de nombreuses étapes pour lesquelles des outils de décision sont plus que nécessaires. Dans cet article, nous proposons de développer des algorithmes d'optimisation pour gérer le problème d'allocation des ressources sur le lien aller entre les satellites LEO et les utilisateurs finaux. Dans ce problème, étant donné une constellation LEO et un modèle de trafic au sol, l'objectif est d'allouer les ressources disponibles des satellites (bande passante et puissance) afin de fournir la quantité maximale de service aux utilisateurs finaux.Un point clé est que, en raison de la haute vitesse des satellites sur leurs orbites basses, chaque utilisateur final ne peut rester connecté à un satellite que pendant quelques minutes. Pour maintenir un service continu, il est crucial d'étendre les temps de connexion avec chaque satellite pour éviter les transferts. Ne pas le faire peut négativement impacter la qualité de service en raison de déconnexions fréquentes et abruptes. Pour résoudre ce problème, nous proposons deux méthodes heuristiques exploitant le calcul des flux maximaux à coûts minimaux dans les graphes. Ces méthodes heuristiques sont comparées avec des approches de programmation linéaire en nombres entiers
Quantitative Investigation of Colloidal Flow and Clogging Kinetics in Porous Medium Using Laser-Induced Fluorescence
No full textInternational audienceTransport phenomena of complex fluids are investigated experimentally using laser-induced fluorescence combined with macroscopic pressure measurements. A comprehensive experimental methodology was developed in order to both capture as well as quantify global and local dynamics of involved flow phenomena, over a long period of time—technical features that constitute a significant experimental challenge. This methodology is adapted for a wide range of applications. The present paper shows a typical example of use that concerns the study of clogging issue, a subject of strong interest for several geoscience applications such as geothermal energy or CO2 storage. More particularly this work aims to study the flow of colloids in a tortuous yet permeable 2D porous medium and the consequent clogging mechanisms in a rock-like microfluidic device. Indeed, previous microfluidic studies regarding this topic generally used porous media with very simple geometries (alignment of plots), thus failing to capture the tortuous nature of real porous media that significantly affects colloid transport and retention in porous media. The averaged deposit measurements determined by image analysis and the pressure drop measurements lead to very consistent results indicating a permeability reduction due to a progressive accumulation of deposit. Local observations make it possible to identify the preferential deposition sites, to describe the mechanisms and kinetics of clogging and hence to lead to a better interpretation of the macroscopic behavior. More precisely, results show that local and global dynamics may differ. When considering the entire porous medium, specific areas of the porous network are subjected to preferential accumulation of particles while others are not, suggesting that deposition is strongly influenced by tortuosity. At the pore scale, specific retention sites at the vicinity of grains are identified, and hydrodynamics effects such as stripping are highlighted. These observations emphasize the role of the porous medium geometry on colloidal transport