Archive ouverte de Centrale Lyon
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A framework for technico-environmental optimization of small wind turbines
No full textInternational audienceSmall Wind Turbines (SWTs) can provide energy access and participate to energy transition by enabling local electricity production at a low environmental cost. However, there is a lack of comprehensive approaches to address the challenge of reducing the electricity footprint of SWT systems. In this article, a technico-environmental framework is proposed to enable the optimization of the environmental footprint of the electricity provided by a SWT system. The compromise between energy harvest and environmental impacts is studied by establishing and coupling life-cycle and energy models taking into account the system configuration (grid-tied, off-grid), design parameters (tower height, battery sizing), the site characteristics (roughness length, wind resource), and the user behavior aspects (load-shifting). For considered scenarios, the results indicate that the tower height that minimizes the footprint of the provided electricity is identical for grid-tied and off-grid systems. It is in the range of 12-24 m for roughness lengths (0.1-0.5 m) and heavily depends on roughness length and wind resource. Interestingly, increasing the load shifting from 20% to 80% could help reduce by a factor two the footprint of the provided electricity in grid-tied configuration. Following these results, some recommendations are proposed regarding the scaling of the tower and the load shifting. Some perspectives are also given to improve the technico-environmental framework. The data and the source codes used in this article are provided on a public repository.</div
Détection d'attaques furtives et fiabilité des données dans les systèmes de surveillance ferroviaire
No full textThe cybersecurity of railway infrastructures has become a major concern due to increasing digitalization and the integration of advanced monitoring systems, which make the railway sector more vulnerable to cyberthreats. Cyber-physical attacks, particularly those targeting turnouts, can compromise the integrity of switch operation data and distort maintenance decision-making, thereby jeopardizing the safety and security of people and assets. However, existing detection methods often struggle to address stealthy data falsification attacks designed to conceal functional anomalies or trigger unnecessary maintenance operations. To address this issue, this thesis proposes a novel framework for threat detection and assessment that combines three complementary approaches: Turnout Lifecycle Analysis (TLA), Expected Behavior Analysis (EBA), and Reconstructed Behavior Analysis (RBA). Threat estimations derived from these methods are combined using a weighted, modified Dempster-Shafer theory, thereby improving detection performance while reducing the number of false positives. Experimental evaluations on simulated attack scenarios demonstrate the effectiveness of the proposed framework, successfully identifying attacks while minimizing false alarms. The results highlight the potential of this framework to give railway maintenance operators more accurate insights, help improve decision-making, and help enhance the safety and resilience of railway operations against cyberthreats.La cybersécurité des infrastructures ferroviaires est devenue une préoccupation majeure en raison de la digitalisation croissante et de l'intégration de systèmes de surveillance avancés, ce qui rend le secteur ferroviaire plus vulnérable aux cybermenaces. Les attaques cyber-physiques, en particulier celles qui visent les appareils de voie, peuvent compromettre l'intégrité des données des manœuvres d'aiguillage et altérer les décisions de maintenance, mettant ainsi en péril la sûreté et la sécurité des personnes et des biens. Toutefois, les méthodes de détection existantes ont souvent du mal à faire face aux attaques furtives de falsification des données destinées à masquer les anomalies de fonctionnement ou à déclencher des opérations de maintenance inutiles. Pour traiter ce problème, nous proposons dans cette thèse un nouveau framework de détection et d'évaluation des menaces qui combine l'analyse du cycle de vie de l'appareil de voie TLA (Turnout Lifecycle Analysis), l'analyse du comportement attendu EBA (Expected Behavior Analysis) et l'analyse du comportement reconstruit RBA (Reconstructed Behavior Analysis). Les estimations de la menace provenant de ces approches sont intégrées à l'aide de la théorie de Dempster-Shafer modifiée et pondérée, ce qui améliore les performances de détection tout en réduisant le nombre de faux positifs. Des évaluations expérimentales sur des scénarios d'attaques simulées démontrent l'efficacité du framework, identifiant avec succès des attaques tout en minimisant les fausses alertes. Ces résultats mettent en évidence la capacité de l'approche proposée à fournir aux opérateurs de maintenance ferroviaires des indications plus fiables, permettant une meilleure prise de décision et renforçant ainsi la sécurité et la résilience des infrastructures ferroviaires face aux cybermenaces
High Sensitivity Homogenous RF Resonators for Large Tissue Engineering Applications Using a Benchtop MRI Scanner : Exploring a 3D Plastronics and Cryogenic Approach
No full textRecent advances in large 3D bio-engineered tissue constructs require new handling and imaging solutions. While complex 3D constructs demand advanced perfusion-based culture chambers for nutrient flow and waste removal, existing systems are often bulky, complex, and poorly suited for integration with imaging tools. Traditional imaging modalities are frequently destructive and fail to address the depth and scale of these tissues. Among available modalities, magnetic resonance imaging (MRI) stands out for its ability to provide high-resolution, noninvasive imaging. However, high-field MRI systems are impractical for routine laboratory use due to cost and accessibility. Low-field benchtop MRI systems have emerged as a practical solution, but their use is associated with a decrease in signal-to-noise ratio (SNR), which limits image quality. A critical factor in achieving optimal results lies in efficiently using the available space while integrating necessary functionalities, including optimized, highly sensitive, shielded radiofrequency (RF) coils. To take full advantage of MRI as an efficient modality for 3D living samples, it is necessary to design a setup combining a 3D perfused chamber with a form-fitted shielded coil in a single device. Moreover, the setup must fit into the limited available space inherent to benchtop MRI systems. A 3D Plastronics approach, enabling the full integration of electronic circuits on 3D surfaces, offers az promising solution. Using this method to integrate well-dimensioned coils directly onto the surface of the culture chamber allows for the creation of a cohesive system that combines imaging and tissue culture functionalities, ensuring optimal coil positioning, maximizing sensitivity, and maintaining a controlled, vivo-like environment. This thesis aims to present a scalable and cost-effective platform for characterizing 3D tissue-engineered constructs by combining the adaptability of 3D Plastronics manufacturing with a cost-effective, accessible, and portable low-field MRI scanner for in-line integration in the tissue fabrication process. Chapter I establishes the critical need for a practical imaging modality in tissue engineering. It delves into MRI principles, and identifies the radiofrequency (RF) coil as one of the most critical components for SNR optimization in low-field systems. It considers using 3D Plastronics to create coils with optimized geometries and enhanced sensitivity. Chapter II details a systematic, simulation-driven process to design and optimize an RF coil for a low-field benchtop MRI scanner, beginning with a theoretical review and moving to comprehensive 3D electromagnetic co-simulations to predict real-world performance and choose the design best suited. Chapter III covers the development, manufacturing, and validation of an integrated 3D Plastronics culture chamber. The chapter details the design process, the integration of a high-performance RF coil using a Rapid 3D Plastronics (R3DP) approach. It demonstrates the system's performance through a high-resolution, in situ MRI of a perfused, bio-printed hydrogel. Chapter IV explores another strategy to overcome sensitivity limitations, using cryogenic cooling of the RF coil. The design, manufacturing, and validation of a novel, proof-of-concept cryogenic setup are presented, laying the groundwork for future refinements, such as leveraging 3D Ceratronics to create coils with integrated microfluidic cooling channels for superior thermal management.Les avancées récentes en ingénierie tissulaire 3D pour des tissues bio-conçues nécessitent de nouvelles solutions d’expérimentation et d'imagerie. Alors que les bio-constructions 3D complexes exigent des chambres de culture avancées basées sur un système de perfusion pour le flux des nutriments et l'élimination des déchets, les systèmes existants sont souvent encombrants, complexes et peu adaptés à l'intégration avec les outils d'imagerie. Les modalités d'imagerie traditionnelles sont fréquemment destructrices et ne parviennent pas à mesurer la profondeur et l'échelle de ces tissus. Parmi les modalités disponibles, l'imagerie par résonance magnétique (IRM) sort du lot par sa capacité à fournir une imagerie non invasive à haute résolution. Cependant, les systèmes d'IRM à haut champ sont peu pratiques pour une utilisation quotidienne en laboratoire en raison de leur coût et de leur accessibilité. Des systèmes d'IRM de paillasse à bas champ ont vu le jour, mais leur utilisation est associée à une diminution du Rapport Signal sur Bruit, ce qui limite la qualité de l'image. Un facteur critique pour obtenir des résultats optimaux réside dans l'utilisation efficace de l'espace disponible tout en intégrant les fonctionnalités nécessaires, y compris des résonateurs radiofréquence (RF) blindés, optimisés et très sensibles. Pour tirer pleinement parti de l'IRM en tant que modalité efficace pour les échantillons vivants 3D, il est nécessaire de fabriquer un dispositif combinant une chambre perfusée 3D avec un résonateur blindé épousant sa forme en un seul appareil. De plus, le dispositif doit s'intégrer dans l'espace restreint disponible propre aux systèmes d'IRM de paillasse. Une approche Plastronique 3D, permettant l'intégration complète de circuits électroniques sur des surfaces 3D, utilisée pour mettre en place des résonateurs convenablement dimensionnés directement sur la surface de la chambre de culture, permet la création d'un système cohésif qui allie les fonctionnalités d'imagerie et de culture tissulaire, assurant un positionnement optimal du résonateur dans la zone d’imagerie, maximisant la sensibilité et conservant un environnement reflétant les caractéristiques in vivo. Cette thèse vise à présenter une plateforme agile, évolutive et rentable pour la caractérisation de bioconstructions tissulaires 3D en combinant la flexibilité de la fabrication plastronique 3D avec un scanner IRM à bas champ peu coûteux. Le chapitre I présente le besoin critique d'une modalité d'imagerie pratique et modulable en ingénierie tissulaire. Il approfondit les principes de l'IRM et identifie le résonateur radiofréquence (RF) comme l’un des éléments les plus critiques pour l'optimisation du RSB dans les systèmes bas champ. L'utilisation de la Plastronique 3D pour créer des résonateurs aux géométries optimisées et à la sensibilité améliorée est considérée. Le chapitre II détaille un processus guidé par la simulation et les calculs analytiques pour concevoir et optimiser un résonateur RF pour un scanner IRM de paillasse à bas champ, en commençant par une revue théorique, puis en s’orientant vers des co-simulations électromagnétiques 3D complètes pour prédire les performances en conditions réelles et sélectionner la conception la plus adaptée. Le chapitre III couvre le développement, la fabrication et la validation d'une chambre de culture Plastronique 3D. Le chapitre détaille le processus de conception et l'intégration d'un résonateur RF haute performance en utilisant une approche de Plastronique 3D Rapide (R3DP). Il démontre les performances du système à travers une IRM in situ à haute résolution d'un hydrogel bio-imprimé et perfusé. Le chapitre IV explore une autre stratégie pour surmonter les limites de sensibilité, en utilisant un système de refroidissement cryogénique résonateur RF. La conception, la fabrication et la validation d’une preuve de concept de dispositif cryogénique sont présentées, posant les bases pour des optimisations futures
Estimation bayésienne de la sensibilité et de la spécificité des diagnostics coprologiques et sérologiques pour la recherche de l’infestation d’un élevage par Ascaris suum
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Reaction-diffusion waves in biology: new trends, recent developments
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Effet du cyclage thermique d’aimants pour leur application avec les jauges électromagnétique de vitesse matérielle
No full textInternational audienceLes jauges électromagnétiques de vitesse sontutilisées avec des aimants permanents pour caractériser l'état souschoc d'un matériau engendré par la mesure de vitesse de choc etde la vitesse matérielle en fonction des conditions d'impact. Lesessais sont réalisés à une température donnée, comprise entre -65°C et 120 °C. Le champ d’induction magnétique est généré par desferrites sensibles à la température. Les travaux montrent une pertelinéaire de - 0,2 %.°C-1 du champ d’induction magnétique et uneperte permanente du champ de -0,4 % par cycle ce qui dégradel’exactitude de la mesure de vitesse matérielle. Une dérivemagnétique anormale lors du premier cycle thermique estégalement constatée
Towards solving the Cold Start and Explainability Challenges in Recommender Systems Using Knowledge Graphs and User Demographics Data
No full textInternational audienceRecommender Systems (RS) play a crucial role in helping users navigate vast amounts of digital information. However, these systems face persistent challenges, particularly the cold start problem and the lack of explainability in recommendations. This paper introduces X-KAREN-D, an eXplainable Knowledgebased Attention Ensemble Recurrent Network with Demographics, designed to address these issues. X-KAREN-D incorporates user demographic information to mitigate the cold start problem, improving personalization and recommendation accuracy. Additionally, it enhances explainability by leveraging a knowledge graph (KG) structure to provide path-based explanations, allowing users to understand the rationale behind recommendations. Through extensive experiments, we evaluate various Knowledge Graph Embedding (KGE) techniques to assess their impact on recommendation accuracy. Our results demonstrate that the proposed model outperforms the state-of-the-art baseline, achieving an MAE of 0.030 and an RMSE of 0.041. These findings highlight the significance of incorporating structured knowledge and user demographic data to improve both the performance and interpretability of recommender systems.</div
Dielectric cooling of a medium-voltage power module
No full textInternational audienceSemiconductor devices with voltage ratings of more than 3000 V are becoming more common, allowing for the development of power modules suited to Medium-voltage applications. From a packaging point-of-view, the challenge with such a power module is to address simultaneously the need for electrical insulation and the need for efficient removal of the heat dissipated by the semiconductor devices. A key concern of the study is that the silicon carbide (SiC) semiconductor power devices designed for voltages of 3 kV and more show a strong sensitivity to temperature. We demonstrate that although they can work at 175°C junction temperature, their performances (on-state resistance, mainly) are much better at Tj<100°C. Therefore, there is a need for a high-performance cooling system that is compatible with the medium-voltage isolation requirements. Here, we describe the design of such a power module, which is based on a liquid-cooled ceramic heatsink in which a dielectric fluid is circulated. A strong focus is placed on designing the ceramic heatsink to ensure that high power densities can be removed. A custom design relying on both jet impingement and channel flow is implemented to cool 3 SiC chips and their associated voltage balancing circuits. Experiments show that up to 367W/cm² (522W total) can be extracted at chip level with DeltaT=60K, and a very small temperature difference between the chips.The presentation will describe the specifications of the modules (in particular the need for low Tj operation), the design of the heatsink (including CFD simulations), and the experimental results (Rth and Zth measurements, IR Thermography, with different cooling conditions)
Sample Average Approximation for Portfolio Optimization under CVaR constraint in an (re)insurance context
No full textInternational audienceWe consider optimal allocation problems with Conditional Value-At-Risk (CVaR) constraint. We prove, under very mild assumptions, the convergence of the Sample Average Approximation method (SAA) applied to this problem, and we also exhibit a convergence rate and discuss the uniqueness of the solution. These results give (re)insurers a practical solution to portfolio optimization under market regulatory constraints, i.e. a certain level of risk
Berry Phases in the Bosonization of Nonlinear Edge Modes
No full textInternational audienceWe consider chiral, generally nonlinear density waves in one dimension, modelling the bosonized edge modes of a two-dimensional fermionic topological insulator. Using the coincidence between bosonization and Lie-Poisson dynamics on an affine U(1) group, we show that wave profiles which are periodic in time produce Berry phases accumulated by the underlying fermionic field. These phases can be evaluated in closed form for any Hamiltonian, and they serve as a diagnostic of nonlinearity. As an explicit example, we discuss the Korteweg-de Vries equation, viewed as a model of nonlinear quantum Hall edge modes