Archive ouverte de Centrale Lyon
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Pollutions causées par les inondations urbaines : Modélisation expérimentale du transport de polluants issus de déversements locaux
No full textPollution caused by urban flooding remains overlooked by both the scientific community and management stakeholders, compared to other well-studied risks (such as the destabilisation and sweeping away of vehicles, urban furniture, buildings, and pedestrians). The effect of complex hydrodynamic processes in a flooded street network on pollutant transport has been scarcely studied. This PhD investigates the pollutant transport coming from punctual releases of matter such as chemical or biological substances found in street runoff that could infiltrate homes, close to inhabitants. The PhD is based on laboratory experiments carried out in a simplified and reduced-scale urban street network model. We examine a steady-state flood flow, already studied in previous works. The novelty of this PhD lies in examining pollutant transport within this flow. To do so, we measure mass discharges and concentration fields within streets, within an urban block with openings, and at the outlets of the street network, using conductimetry and colorimetry techniques. The first objective of the PhD is to identify the predominant hydrodynamic effects on pollutant transport and the influence of pollutant release locations. The second objective is to identify parameters governing the dynamics of polluted water introduced through openings into an urban block by varying the number of openings and the duration of the pollutant release. The main results of the PhD are as follows. (i) The distribution of pollutant mass discharges in the several streets differs from that of water discharges, both within the streets and at the outlets of the street network. This is explained by a mode of the pollutant transport that is spatially heterogeneous within the street network. The most intense mixing occurs downstream of intersections. Turbulent diffusion and dispersion due to secondary currents are the dominant mixing modes, contributing to the homogenisation of pollutant concentration. At intersections, pollutant transport is primarily driven by advection in both longitudinal and transverse directions. The pollutant plumes merge or separate following the time-averaged flow streamlines. Consequently, (ii) the pollutant distribution in the street network is highly sensitive to the exact release location relative to the bifurcation and crossroad dividing streamlines. (iii) A simplified model is proposed to describe and predict pollutant distribution at intersections, and its accuracy depends on the ability to ix precisely locate the dividing streamlines in intersections. (iv) In a porous urban block, the number of openings significantly affects maximum concentrations within the block, as well as filling times, residence times, and spatio-temporal concentration variations. (v) The initial filling duration strongly influences the flushing time of polluted water after the pollution source stops. However, the renewal rate of pollution or clear water remains constant, regardless of the filling duration, and is solely governed by the hydrodynamics of the porous urban block. (vi) An adaptation of the aggregated dead zone model is finally proposed to fit the spatially averaged concentration within the block. A link between these results and health risk implications is also explored at the end of the PhD.Les pollutions causées par les inondations urbaines s'inscrivent dans une problématique largement négligée par la sphère scientifique et celle des gestionnaires, contrairement à d'autres risques déjà bien étudiés (déstabilisation et entraînement des véhicules, du mobilier urbain, des bâtiments, des piétons). Notamment, l'effet des processus hydrodynamiques complexes dans un réseau de rues inondées sur le transport de polluant a été très peu étudié. Cette thèse s'attache donc à explorer le transport de polluants issus de déversements locaux, représentant principalement des matières chimiques ou biologiques présentes dans les eaux de ruissellement à la surface des rues et susceptibles de pénétrer dans les bâtiments, au plus près des habitants. Ce travail s'appuie sur des expériences de laboratoire conduites sur un modèle urbain représentant un réseau de rues très simplifié et à échelle réduite. Nous explorons un écoulement d'inondation en régime stationnaire, déjà étudié dans des travaux précédents. L'originalité de cette thèse réside donc dans l'étude du transport d'une pollution dans cet écoulement. Pour cela, nous mesurons les débits massiques et les champs de concentration au sein des rues, au sein d'un îlot urbain percé d'ouvertures, ainsi qu'en sortie du réseau de rues, à partir de techniques de mesure par conductimétrie et colorimétrie. Le premier objectif de la thèse est d'identifier les effets prédominants de l'hydrodynamique sur ce transport ainsi que l'influence du lieu de rejet sur la répartition de polluant dans les différentes rues. Le deuxième objectif de la thèse est d'identifier les paramètres qui gouvernent la dynamique d'une eau polluée introduite par des ouvertures dans un îlot urbain, en faisant varier le nombre d'ouvertures de cet îlot ainsi que la durée de rejet de pollution. Les principaux résultats de cette thèse sont alors (i) la distribution des débits massiques de polluant dans les différentes rues diffère de celle des débits d'eau, à la fois dans les rues et en sortie du réseau de rues. Cela s'explique par un mode de transport de polluant qui est spatialement hétérogène dans le réseau de rues. On constate que le mélange le plus intense a lieu dans les rues en aval des intersections. La diffusion turbulente et la dispersion par les courants secondaires y sont les deux modes de mélange dominant et contribuent toutes deux à l'homogénéisation de la concentration de polluant. Aux intersections, le transport des polluants est principalement causé par l'advection dans les directions longitudinale et transversale. Les panaches de polluant se fusionnent ou se séparent simplement, suivant les lignes de courant de l'écoulement moyenné en temps. En conséquence, (ii) la distribution des polluants dans le réseau de rues est très sensible à la position exacte du rejet par rapport à la position des lignes de division des bifurcations et carrefours de rues. (iii) Un modèle simplifié est proposé pour décrire et prédire la distribution de polluant aux intersections, et sa précision dépend de la capacité à localiser précisément les lignes de division. (iv) Dans le cas d'un îlot urbain (pâté de maison) poreux, le nombre d'ouvertures influence fortement les concentrations maximales atteintes au sein de l'îlot urbain, ainsi que les temps de remplissage et de résidence, ainsi que les variations spatio-temporelles des concentrations. (v) La durée de remplissage initial joue un rôle important sur le temps de vidange de l'eau polluée suite à l'arrêt de la source de pollution. En revanche, le taux de renouvellement de la pollution ou de l'eau claire est constant, indépendamment de la durée de remplissage, et est piloté exclusivement par l'hydrodynamique de l'îlot urbain poreux. (vi) Une adaptation du modèle de zone morte agrégée est enfin proposée pour valider la possibilité d'ajustement des concentrations moyennées spatialement dans l'îlot
Error Bounds for a Kernel-Based Constrained Optimal Smoothing Approximation
No full textThis paper establishes error bounds for the convergence of a piecewise linear approximation of the constrained optimal smoothing problem posed in a reproducing kernel Hilbert space (RKHS). This problem can be reformulated as a Bayesian estimation problem involving a Gaussian process related to the kernel of the RKHS. Consequently, error bounds can be interpreted as a quantification of the maximum a posteriori (MAP) accuracy. To our knowledge, no error bounds have been proposed for this type of problem so far. The convergence results are provided as a function of the grid size, the regularity of the kernel, and the distance from the kernel interpolant of the approximation to the set of constraints. Inspired by the MaxMod algorithm from recent literature, which sequentially allocates knots for the piecewise linear approximation, we conduct our analysis for non-equispaced knots. These knots are even allowed to be non-dense, which impacts the definition of the optimal smoothing solution and our error bound quantifiers. Finally, we illustrate our theorems through several numerical experiments involving constraints such as boundedness and monotonicity
Mesure automatique de l'avancement d'un chantier de construction intérieur à l'aide de la réalité mixte
No full textAutomated inspection of construction sites presents a significant opportunity to improve efficiency and accuracy in the building industry. This thesis addresses the challenges of interior construction progress monitoring by developing and evaluating an innovative augmented reality (AR) solution. Leveraging the superimposition of Building Information Modeling (BIM) data onto real environments through an AR headset, the proposed system aims to detect and identify HVAC and electrical components automatically. These elements, with their heterogeneous shapes, present unique challenges for computer vision. For a complete analysis, two complementary methods are presented: one, geometric, relies on a ray-tracing algorithm and 3D reconstruction of point clouds acquired by depth sensors; the other, based on 2D image analysis, uses a deep neural network. A critical barrier in applying deep learning to this domain is the scarcity of large, annotated datasets for training. To address this, the study introduces an automated process to generate photorealistic synthetic datasets from BIM models using a graphics engine. These datasets enable the training of a state-of-the-art instance segmentation network, enhanced by transfer learning methods. Experiments conducted on real construction sites demonstrate the system's potential for more efficient and reliable progress monitoring. The integration of synthetic data generation, deep learning, and AR showcases the added value of this approach, advancing current practices in indoor construction progress monitoring and highlighting its feasibility for real-world application.L'inspection automatique de chantier de construction dans le bâtiment est une problématique ardue, mais aux bénéfices importants pour les constructeurs. Le travail présenté dans cette thèse porte sur le développement et l'évaluation d'une solution de Réalité Augmentée (RA) pour le suivi automatisé de l'avancement des travaux de construction intérieurs. Face aux limites des méthodes d'inspection manuelles, chronophages et sujettes à erreurs, ce travail présente une approche novatrice exploitant la superposition du modèle BIM (Building Information Modeling) à l'environnement réel via un casque de RA. L'objectif principal est la détection et l'identification automatiques des équipements du génie climatique et électrique, dont la forme hétéroclite pose des problèmes significatifs. En vue d'une analyse complète, deux méthodes complémentaires sont étudiées : l'une, géométrique, s'appuie sur un algorithme de lancer de rayons et la reconstruction 3D de nuages de points acquis par des capteurs de profondeur ; l'autre, basée sur l'analyse d'images 2D, utilise un réseau de neurones profonds. Pour pallier le manque de données réelles d'entraînement, un processus automatisé de génération de données synthétiques à partir de modèles BIM est proposé et évalué. Les expérimentations menées sur des chantiers de construction réels démontrent le potentiel de l'approche pour une inspection plus efficace et fiable, et justifient sa plus-value dans les pratiques actuelles des équipes de chantier
Monitoring of a bridge experiencing scour using frequency domain decomposition mixed with DBSCAN algorithm: unsupervised modal analysis of output-only system
No full textInternational audienceThis study proposes a new method for monitoring bridges under scour considering an output-only system. From classical operational modal analysis (OMA), the revisited frequency domain decomposition (FDD) technique is applied to identify the modal parameters of the system. An eigenvalue decomposition (EVD) of the power spectral density matrix using the Modal Assurance Criterion (MAC) value leads to defining a continuous base of eigenvectors through the studied frequency range. The method called EVD-MAC is then applied to a bridge subjected to varying environmental and traffic loads. In this real case study, the subspaces of EVD-MAC are used to represent the frequency behavior of the system with uncorrelated components. This makes it possible to identify clusters using unsupervised machine learning algorithms where each cluster corresponds to one presumed mode. The analysis is carried out with respect to specific environmental factors, including temperature and water level, which influence the system's behavior. Scour assessments 1 are conducted based on variations in natural frequencies observed in more than a year of monitoring data, demonstrating the utility and automation potential of this approach
An improved TCAD simulation procedure for platinum diffused silicon power diodes
No full textInternational audienceSilicon bipolar power diodes require carrier lifetime engineering to reduce switching time. Platinum diffusion is the most used method to achieve lifetime reduction. Platinum diffusion in silicon is a well understood process, however, its modeling for TCAD device simulations is lacking. In this paper, we propose a new physically precise method of modeling platinum induced defects in silicon power diodes. We show that the precision of this new method enables truly predictive simulation of silicon power diodes
A note on Buell’s Theorem on length four Büchi sequences
No full textInternational audienceBüchi sequences are sequences whose second difference of squares is the sequence (2,..., 2), like for instance (6, 23, 32, 39) – so they can be seen as a generalization of arithmetic progressions. No (non-trivial) length 5 Büchi sequence is known to exist. Length four Büchi sequences were parameterized by D. A. Buell in 1987. We revisit his theorem, fixing the statement (about 26% of the Büchi sequences from R. G. E. Pinch's 1993 table were missed), and giving a much simpler proof
Les modèles de foundation pour la robotique ont besoin d'être bio-inspirés
No full textInternational audienceFoundation Models for Robotics (FMRs) promise to bring large-scale, generalist intelligence to embodied systems, yet they remain limited in their ability to integrate perception, action, and reasoning in physically grounded environments. In this paper, we argue that advancing FMRs requires drawing inspiration from biological systems-specifically human cognition, development, and sensorimotor learning. We outline five key bio-inspired principles for future FMRs: (1) memory architectures incorporating semantic, episodic, and procedural structures; (2) grounded structured reasoning, as exemplified by embodied chain-of-thought (E-CoT) processes; (3) integration of multimodal sensorimotor feedback, including touch and proprioception; (4) self-motivated learning through simulated play and intrinsic exploration; and (5) neural efficiency through sparse expert activation, functional specialization, and modular reasoning. These elements enable generalization, compositionality, and robustness-traits long demonstrated by humans but underrepresented in current robotic models. While this work does not address reliability and safety in depth, we identify them as essential future directions for developing trustworthy, human-aligned FMRs.Les Modèles Fondamentaux pour la Robotique (FMR) promettent d'apporter une intelligence généraliste à grande échelle aux systèmes incarnés. Cependant, leur capacité à intégrer la perception, l'action et le raisonnement dans des environnements physiquement ancrés reste limitée. Dans cet article, nous soutenons que le développement des FMR nécessite de s'inspirer des systèmes biologiques, notamment de la cognition, du développement et de l'apprentissage sensorimoteur humains. Nous présentons cinq principes clés bio-inspirés pour les futurs FMR : (1) des architectures mémorielles intégrant des structures sémantiques, épisodiques et procédurales ; (2) un raisonnement structuré ancré, illustré par les processus de chaîne de pensée incarnée (E-CoT) ; (3) l'intégration d'un retour sensorimoteur multimodal, incluant le toucher et la proprioception ; (4) l'apprentissage auto-motivé par le jeu simulé et l'exploration intrinsèque ; et (5) l'efficacité neuronale grâce à l'activation experte éparse, la spécialisation fonctionnelle et le raisonnement modulaire. Ces éléments permettent la généralisation, la compositionnalité et la robustesse, des caractéristiques démontrées depuis longtemps par les humains, mais sous-représentées dans les modèles robotiques actuels. Bien que ce travail n’aborde pas en profondeur la fiabilité et la sécurité, nous les identifions comme des orientations futures essentielles pour le développement de FMR fiables et alignés sur l’humain
Biomarkers in acute kidney injury settings to predict interventions and outcomes: the MARKISIO study
No full textInternational audienceIntroduction: Predicting the need for renal replacement therapy (RRT) in acute kidney injury (AKI) remains challenging. The utility of biomarkers was explored during previous studies which were biased as RRT indications relied on clinician opinion rather than evidence. Those studies preceded trials that clarified RRT initiation criteria. We aimed to assess biomarkers in predicting criteria for RRT initiation in severe AKI patients.Material and methods: This is an ancillary study of the AKIKI2 trial. Patients with severe AKI (stage 3) receiving invasive mechanical ventilation and/or vasopressors were included. Blood and urine samples were collected within 12 h after the occurrence of severe AKI when feasible, depending on the availability of trained research staff and appropriate sample storage infrastructure. The primary endpoint was the onset of precise criteria for RRT initiation within 72 h after severe AKI. We analyzed routine serum biomarkers (pH, serum potassium, serum creatinine) and novel urinary and serum biomarkers (CCL14, KIM1, nicotinamide and its metabolites, cDPP3, plasma proenkephalin A 119-159).Results: Among the 256 patients, 101 (39%) met at least one criterion for RRT initiation or died within 72 h. No biomarker demonstrated satisfactory predictive performance for the primary endpoint. No novel biomarker was significantly associated with the occurrence of MAKE60. In multivariable analysis, 'SAPSIII' and 'Serum potassium level at D0' were significantly associated with the occurrence of MAKE60.Conclusion: Neither routine nor novel biomarkers demonstrated conclusive predictive accuracy for the need for RRT in severe AKI patients. Given evidence-based criteria for initiating RRT, the tested biomarkers may not effectively guide RRT initiation
Haptic Training Simulators in medical education
No full textInternational audienceThe use of simulators based on virtual reality and haptic techniques for training medical gestures can offer a solution for acquiring the necessary dexterity without posing any risk to patients. However, the development of such simulators necessitates a multidisciplinary approach and extensive work, spanning from analyzing practice and training gestures to technically designing the simulator and validating it from a didactic standpoint. This chapter, drawing upon the expertise of various researchers in mechatronics, computer graphics, and didactics, addresses these points to propose a global iterative process to help design Haptic Training Simulators
Dynamic cloaking in elastic thin plates using architected metamaterials
No full textInternational audienceWe investigate the case of cloaking metamaterials for Kirchhoff-Love plates. We propose a design methodology still based on the geometrical transformation method initially introduced by Pendry [1], no longer with the aim of transforming the governing equation of Kirchhoff-Love plates but with the aim of generating curved waveguides forcing bending waves to propagate in the direction advocated by the preliminary idea of cloaking. Numerical results show that the resulting metamaterial is capable of making a hole in a plate invisible over a wide frequency band.</div