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Analyse par spectroscopie d'impédance électrochimique en température de l'effet barrière et de la mobilité moléculaire lors du cloquage de tôles prélaquées
Get PDFCes travaux de thèse ont eu pour but d’étudier deux systèmes de tôles prélaquées à base de polyester (PES 1 et PES 2) par spectroscopie d’impédance électrochimique (SIE) en immersion dans une solution de NaCl 0,5 M à des températures allant de l’ambiante à 60 °C pour identifier des marqueurs de vieillissement (polymère, interface) sur les données de SIE. A température ambiante, la réponse en impédance des deux systèmes est très similaire mais une analyse fine des données a permis d’identifier des différences de prise en eau et de mobilité moléculaire, les deux étant liées par le phénomène de plastification. La comparaison a été rendu possible grâce à la prise en compte des différences d’état initial entre les deux systèmes (fraction volumique en eau, transition vitreuse). Les essais en température ont mis en évidence une accélération drastique de la plastification (augmentation de la prise en eau et diminution du temps de relaxation associé à la manifestation diélectrique de la transition vitreuse). Ils ont aussi permis de montrer que, sur ces systèmes très capacitifs à température ambiante, des mécanismes de conductivité (comportement résistif) pouvaient être déclenchés dans des gammes de fréquence observables par SIE. Ces mécanismes, qui correspondent à un transport de charges électriques à travers le revêtement polymère, sont en effet activés thermiquement, mais également favorisés par la prise en eau et l’augmentation de la mobilité moléculaire. L’augmentation de la température en isotherme permet une accélération suffisante du vieillissement des systèmes étudiés pour permettre le déclenchement du cloquage dans des délais raisonnables. L’apparition de cloques sur les systèmes étudiés est assimilée à l’apparition de la corrosion, qui est détectée sur les spectres d’impédance par une chute brutale du module à basse fréquence. Pour les deux systèmes, les surfaces affectées par le cloquage au cours du temps, estimées à partir des mesures de SIE, présentent des évolutions similaires aux surfaces de cloquage détectées optiquement. Ceci montre un lien étroit entre corrosion et développement de la cloque, sans pouvoir dire si la corrosion est la cause ou une résultante du cloquage. Les résultats de SIE à 60 °C montrent une différence notable de comportement des deux systèmes vis-à-vis du cloquage. Les cloques apparaissent plus tôt pour le système PES 1 et se développent rapidement sur toute la surface alors que pour le système PES 2, le développement des cloques est très limité pendant des temps d’immersion relativement longs. Dans les conditions des mesures de SIE, le système PES 2 serait plus performant vis-à-vis du cloquage que le système PES 1. Une originalité de ces travaux de thèse est de proposer une analyse SIE en température pour accélérer le vieillissement, déclencher le cloquage, et identifier les lois de comportement en température des différentes propriétés suivies
A new algorithm to solve the extended-Oxley analytical model of orthogonal metal cutting in Python
Get PDFThis paper presents a new implementation method of the Extended-Oxley analytical model, previously proposed by Lalwani in 2009, for orthogonal cutting of metals with a Johnson--Cook thermo-elastoplastic flow law. The present work aims to improve the implementation of this analytical model in order to propose a unified solution that overcomes the main shortcomings of the original model: the non-uniqueness of the solution, the low accuracy of the obtained solution, and the relatively long computational time for a purely analytical approach. In the proposed implementation, the determination of the optimal set of model parameters is based on an optimization method using the Python LMFIT library with which we have developed a dual Levenberg--Marquardt optimization algorithm. In this paper, the performance and efficiency of the developed model are presented by comparing our results for a 1045 steel with the simulation results obtained in the original paper proposed by Lalwani. The comparison shows a considerable gain in terms of computational speed (more than 2000 times faster than the original model), uniqueness of the obtained solution, and accuracy of the obtained numerical solution (almost zero force imbalance)
Enabling Blockchain Services for IoE with Zk-Rollups
Get PDFThe Internet of Things includes all connected objects from small embedded systems with low computational power and storage capacities to efficient ones, as well as moving objects like drones and autonomous vehicles. The concept of Internet of Everything expands upon this idea by adding people, data and processing. The adoption of such systems is exploding and becoming ever more significant, bringing with it questions related to the security and the privacy of these objects. A natural solution to data integrity, confidentiality and single point of failure vulnerability is the use of blockchains. Blockchains can be used as an immutable data layer for storing information, avoiding single point of failure vulnerability via decentralization and providing strong security and cryptographic tools for IoE. However, the adoption of blockchain technology in such heterogeneous systems containing light devices presents several challenges and practical issues that need to be overcome. Indeed, most of the solutions proposed to adapt blockchains to devices with low resources confront difficulty in maintaining decentralization or security. The most interesting are probably the Layer 2 solutions, which build offchain systems strongly connected to the blockchain. Among these, zk-rollup is a promising new generation of Layer 2/off-chain schemes that can remove the last obstacles to blockchain adoption in IoT, or more generally, in IoE. By increasing the scalability and enabling rule customization while preserving the same security as the Layer 1 blockchain, zk-rollups overcome restrictions on the use of blockchains for IoE. Despite their promises illustrated by recent systems proposed by startups and private companies, very few scientific publications explaining or applying this barely-known technology have been published, especially for non-financial systems. In this context, the objective of our paper is to fill this gap for IoE systems in two steps. We first propose a synthetic review of recent proposals to improve scalability including onchain (consensus, blockchain organization, …) and offchain (sidechain, rollups) solutions and we demonstrate that zk-rollups are the most promising ones. In a second step, we focus on IoE by describing several interesting features (scalability, dynamicity, data management, …) that are illustrated with various general IoE use case
Towards a POMDP-based Control in Hybrid Brain-Computer Interfaces
Get PDFBrain-Computer Interfaces (BCI) provide a unique communication channel between the brain and computer systems. After extensive research and implementation on ample fields of application, numerous challenges to assure reliable and quick data processing have resulted in the hybrid BCI (hBCI) paradigm, consisting on the combination of two BCI systems. However, not all challenges have been properly addressed (e.g. re-calibration, idle-state modelling, adaptive thresholds, etc) to allow hBCI implementation outside of the lab. In this paper, we review electroencephalography based hBCI studies and state potential limitations. We propose a sequential decision-making framework based on Partially Observable Markov Decision Process (POMDP) to design and to control hBCI systems. The POMDP framework is an excellent candidate to deal with the limitations raised above. To illustrate our opinion, an example of architecture using a POMDP-based hBCI control system is provided, and future directions are discussed. We believe this framework will encourage research efforts to provide relevant means to combine information from BCI systems and push BCI out of the laboratory
Robust line-of-sight pointing control on-board a stratospheric balloon-borne platform
No full textThis paper addresses the lack of a general methodology for the controller synthesis of an optical instrument on-board a stratospheric balloon-borne platform, such as a telescope or siderostat, to meet pointing requirements that are becoming more and more stringent in the context of astron- omy missions. Most often in the literature, a simple control structure is chosen, and the control gains are tuned empirically based on ground testings. However, due to the large dimensions of the balloon and the flight chain, experimental set-ups only involve the pointing system and the platform, whereas flight experience shows that the pointing performance is essentially limited by the rejection of the natural pendulum-like oscillations of the fully deployed system. This obser- vation justifies the need for a model that predicts such flight conditions that cannot be replicated in laboratory, and for an adequate methodology addressing the line-of-sight controller design. In particular, it is necessary to ensure robust stability and performance to the parametric uncertain- ties inherent to balloon-borne systems, such as complex balloon’s properties or release of ballast throughout the flight, especially since experimental validation is limited. In this paper, a dynam- ical model of the complete system is proposed, based on a multibody approach and accounting for parametric uncertainties with Linear Fractional Transformations. The comparison with flight data shows that the frequency content of the platform’s motion is accurately predicted. Then, the robust control of the line-of-sight is tackled as a H∞ problem that allows to reach the performance objectives in terms of disturbance rejection, control bandwidth and actuators limitations
Improving mechanical ice protection systems with topology optimization
Get PDFIn the context of more electrical aircraft, electromechanical de-icing systems provide a low-energy solution to protect aircraft surfaces from ice buildup. Such systems produce deformation of the protected surface leading to stress production within the ice and, ultimately, to ice shedding thanks to fracture. However, these systems may show limitations when it comes to completely protecting a given surface. Ice delamination is often restricted to a part of the surface and the remaining ice either requires more energy to be removed or is just impossible to remove. In this paper, topology optimization of the substrate covered by ice is thus investigated to increase fracture propagation and ice shedding. For that purpose, an optimization problem, involving the energy release rate but also the mass and the substrate stress, is formulated. The numerical results show how the delamination efficiency of mechanical-based ice protection systems can be improved through the topology
modification of the substrate
Synthèse et caractérisation multi-échelle de carbonates de calcium amorphes pour la substitution osseuse : effet stabilisateur du pyrophosphate, dopage par des ions bioactifs et mise en forme par freeze-casting.
Get PDFPlus de 2,2 millions de greffes osseuses sont réalisées à travers le monde par an, et une augmentation de plus de 5 % du marché des substituts osseux est prévue de 2019 à 2026 en raison du vieillissement de la population, accroissant les besoins de réparation osseuse. Pour éviter les écueils pouvant être associés à l’autogreffe, les substituts synthétiques sont considérablement développés et étudiés depuis une quarantaine d’années, tels que les céramiques de phosphates de calcium (CaP), érigées comme biomatériau synthétique idéal de par leur composition similaire à celle du minéral osseux. Parmi les autres familles de matériaux minéraux utilisés pour le comblement et la reconstruction en site osseux, celle des carbonates de calcium (CC) complète celle des CaP : ils sont biocompatibles, et pour la majorité plus solubles et donc résorbés plus rapidement une fois implantés, entraînant la libération d’ions Ca2+ et CO32- constitutifs de l’os. En particulier, les carbonates de calcium amorphes (ACC) présentent, par leur structure désordonnée et leur teneur en eau, une grande réactivité en milieu aqueux. Cette famille est constituée de plusieurs phases dont la composition et l’organisation à petite échelle diffèrent selon les conditions de synthèse. Leur métastabilité nécessite de les stabiliser
vis-à-vis de la cristallisation lors de la synthèse, majoritairement par le biais d’additifs, dont les phosphates. Ces derniers sont des inhibiteurs efficaces de la cristallisation notamment de la calcite et plusieurs types de phosphates ont été utilisés avec succès (monomères ou chaînes condensées). L’utilisation du dimère pyrophosphate est cependant très peu documentée. Or, outre son rôle d’inhibiteur de la cristallisation, il peut conférer des propriétés biologiques additionnelles liées à son hydrolyse in vivo par des enzymes comme la phosphatase alcaline, libérant ainsi des ions orthophosphates constitutifs de l’apatite osseuse.
Dans ce travail de thèse, des ACC stabilisés par différents taux de pyrophosphate (PyACC) ont été synthétisés, et l’impact du ratio de pyrophosphate/carbonate sur la structure et la composition des poudres de PyACC a été étudié, mettant en évidence l’obtention d’une phase totalement amorphe audelà d’un certain ratio. Celle-ci a été caractérisée à différentes échelles entre autres par SAXS, WAXSPDF et RMN du solide et présente une organisation à courte distance similaire à celle de la vatérite (proto-vatérite). Un modèle expérimental multi-échelle de la structure des PyACC et des hypothèses sur les mécanismes de stabilisation par le pyrophosphate ont alors été proposés. La poudre de PyACC a ensuite été dopée avec trois ions bioactifs (le strontium, le cuivre et le zinc), montrant une intégration quantitative des dopants. L’étude de leur évolution in vitro dans deux milieux aqueux a mis en évidence des libérations de calcium et d’ions dopants continues sur quatre semaines avec une libération plus élevée aux temps courts (« burst effect »), n’étant pas néfaste aux cellules puisque nous montrons que les différentes poudres synthétisées sont cytocompatibles. En outre, les PyACC dopés au zinc semblent présenter in vitro un potentiel ostéogénique marqué. Enfin, des scaffolds macroporeux composites alginate-PyACC ont été élaborés avec succès par freeze-casting, avec des pores interconnectés et orientés de taille et de volume adaptés à la colonisation cellulaire et l’angiogenèse. Le taux de charges minérales ajoutées en suspension et la réticulation de l’alginate par le calcium qui est libéré influe sur la taille des pores, qui diminue lorsque ces paramètres augmentent, à l’opposé des propriétés mécaniques. Celles-ci sont suffisantes pour permettre une manipulation aisée lors de la chirurgie. L’ensemble de ces travaux ouvre la voie au développement de nouveaux substituts macroporeux élaborés à partir de poudres bioactives de PyACC dopés, aux propriétés biologiques modulables pour des applications en substitution osseuse
Performances et Gestion de l'itinérance dans les réseaux LoRaWAN
Get PDFLoRaWAN est l’un des principaux protocoles de communication sans fil déployés pour répondre aux exigences des applications IoT (Internet of Things) nécessitant une communication à longue portée avec une faible consommation d’énergie. On compte actuellement plus d’un milliard de dispositifs IoT utilisés dans le monde et LoRaWAN apparaît comme l’une des solutions les plus prometteuses pour de nombreuses applications. Bien que l’étude de ces réseaux, des mécanismes associés et de leurs performances soit un sujet particulièrement brûlant, certains aspects restent peu explorés, notamment la gestion de la mobilité et de l’itinérance (roaming). De même, de nombreux travaux reposent exclusivement sur des approches de simulation pour leur validation ou manquent d’outils et de bancs de test pour conduire des expérimentations réelles. Dans cette thèse, nous proposons d’apporter des solutions `a des problèmes bien connus au sein de la communauté LoRaWAN, notamment l’allocation des paramètres de transmission pour augmenter les performances du réseau. Nous proposons alors L3SFA et L3SFA-TPC pour améliorer le taux de délivrance, la capacité du réseau et la consommation énergétique des terminaux. Par la suite, nous nous sommes concentrés sur des sujets moins explorés. Nous proposons LoRaRoam, le premier système prenant en charge l’itinérance active ou itinérance Handover dans les réseaux LoRaWAN.
Face au manque ou `a l’absence d’outils de référence, nous nous sommes attachés
au développement de solutions et au déploiement de bancs de test pour la validation des solutions proposées et pour l’analyse de leurs performances à large échelle. Nous avons conçu LoRa Roaming Emulator (LDE), le premier émulateur d’itinérance dédié à l’évaluation des réseaux LoRaWAN itinérant. De plus, nous avons proposé LoRaDL, un framework pour prendre en charge les communications sur la liaison descendante (commandes MAC, trames de données) facilitant ainsi la mise en oeuvre des solutions centrées sur les passerelles (gateway-centric) et l’évaluation des performances de la liaison descendante
Structural dynamics of flexible rotor blades to study aeroelastic phenomena
Get PDFNowadays, experimental analyses of fluid-structure interactions on flexible rotating blades are few widespread. For this purpose, an experimental rotor test bench for blades with variable flexibility is under development. Different sets of blades have been fabricated with different composite materials and variable thickness, depending on the number of layers considered.
The main objective of the present work is to estimate which sets of blades are more sensitive to flutter occurrence based on their Campbell diagrams. For this purpose, a finite element approach is developed to model the dynamic behavior of the blades assumed as a uniform, slender, isotropic and homogeneous beam with out-of-plane bending and torsion deformations, submitted to inertial and centrifugal forces due the rotation effects. Two numerical models were developed by considering Timoshenko and Euler-Bernoulli beam theories; both are validated by means of the software COMSOLr. Later, the mechanical properties of each set of blades have been identified from the frequency response functions (FRFs) obtained through experimental vibration tests. The frequencies and eigenmodes of blades determined experimentally are compared with those obtained with FEM model. Then, rotation effects on the blade frequencies are studied by using Campbell diagrams for all set of blades studied. It is evidenced for some of the sets the presence of intersections between bending and torsional frequencies in the interval of the operational rotating speed of the test bench. This fact might be considered as an indicator of potential flutter occurrence.
Aerodynamic load will be consider in the future work
Application of a non-equilibrium thermodynamics framework derived from nature-inspired themes for modelling and design of processes
Get PDFLa Génie Chimique est un sujet riche et passionnant. Que ce soit pour nos vêtements ou nos repas, presque tout autour de nous passe par les mains de l’industrie chimique. Au cours des années, cette discipline a contribué à des découvertes capitales, comme le dessalement de l’eau par osmose inverse. Néanmoins, beaucoup de procédés d’usage étudiés en Génie Chimique peuvent être améliorés. En effet, ces procédés utilisent souvent l’hypothèse d’équilibre thermodynamique, et sont loin d’être efficaces. Mêmes les procédés intensifiés, qui font appel au couplage de phénomènes, n’exploitent pas complètement les synergies hors-équilibre en phase de conception ou de contrôle. Une façon de surmonter ces limitations est de développer des procédés innovants en s’inspirant de la nature. Pour cela, il est indispensable de mieux comprendre les mécanismes fondamentaux derrière les procédés biomimétiques. Par conséquent, le présent travail étudie comment la thermodynamique hors-équilibre peut aider à combler ce manque de connaissance. Trois des concepts clés dans la littérature pour impulser la conception de procédés inspirés de la nature étant liés à trois notions importantes de la thermodynamique hors-équilibre, l’usage d’une telle approche semble donc justifié. Une analogie est faite entre les réseaux de transport hiérarchique, le contrebalancement des forces, l’auto-organisation dynamique et l’équipartition de la production d’entropie + Loi Constructale, le couplage thermodynamique, les structures de dissipation. Ces notions de thermodynamique hors-équilibre ont motivé trois projets de recherche. Le premier porte sur l’évaluation d’un distributeur de liquide pour une colonne à distiller. Cet interne de colonne consiste en un plateau avec des orifices, et des structures filaires sortant de ces orifices comme les branches d’un arbre. Le liquide s’écoule sur la surface de ces fils, se divisant en plusieurs ruisselets avant de tomber sur le garnissage au-dessous. Le choix d’un tel dessin peut être partiellement justifié par la Loi Constructale, qui encourage l’utilisation de structures en arbre pour distribuer un flux d’un point vers une surface. Des calculs théoriques prévoient que cette technologie peut empêcher la mauvaise répartition du liquide dans les colonnes. En plus, des expériences ont montré que cet interne réduit de 40% la hauteur équivalente à un plateau théorique pour certains garnissages. Cette thèse examine aussi deux phénomènes interfaciaux liés aux couplages thermodynamiques : la diffusioosmose et la diffusiophorèse. Ces deux phénomènes sont étudiés via simulation numérique. D’abord, nous essayons de reproduire le comportement d’une membrane à partir de la diffusioosmose afin de déterminer l’impact de trois paramètres sur l’état d’équilibre d’advection-osmose : la différence de concentration de colloïde, les interactions surface-colloïde, et les interactions colloïde-colloïde. Le phénomène de diffusiophorèse est étudié, lui, à l’aide de deux modèles transitoires et un modèle en régime permanent dans la limite de diffusivité infinie. Cette étude s’intéresse à l’impact du gradient de concentration de soluté, de la diffusivité et des interactions interface-soluté sur la vitesse de diffusiophorèse. Enfin, le dernier projet de recherche conduit au cours de cette thèse met à l’épreuve la validité du principe de Ziegler de Maximisation de la Production d’Entropie, qui est défini comme une généralisation des relations d’Onsager aux systèmes loin de l’équilibre. Cette thématique est aussi liée aux couplages thermodynamiques dans la mesure où ce principe se prête à l’explicitation de lois phénoménologiques dans le cas particulier des phénomènes couplés. Cependant, une révision de la démonstration du principe proposée par Ziegler montre que celle-ci est erronée. De plus, un contre-exemple impliquant deux réactions chimiques éloignées de leur état d’équilibre permet de montrer que le principe lui-même est faux