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Influence of Hybrid Sol-Gel Crosslinker on Self-Healing Properties for Multifunctional Coatings
Get PDFSelf-healing polymers are a new class of material that has recently received a lot of attention because of the lifespan improvement it could bring to multiple applications. One of the major challenges is to obtain multifunctional materials which can self-heal and exhibit other interesting properties such as protection against corrosion. In this paper, the effect of the incorporation of an aminosilane on the properties of a self-healing organic polymer containing disulfide bond is studied on films and coatings for aluminium AA2024-T3 using simple one step in situ synthesis. Hybrid coatings with enhanced anticorrosion properties measured by EIS were obtained thanks to the formation of a protective oxide interface layer, while exhibiting wound closure after exposition at 75 °C. The thermal, mechanical and rheological properties of the films with different aminosilane amounts were characterized in order to understand the influence of the slight presence of the inorganic network. Stiffer and reprocessable hybrid films were obtained, capable to recover their mechanical properties after healing. The nanocomposite structure, confirmed by TEM, had a positive effect on the self-healing and stress relaxation properties. These results highlight the potential of sol-gel chemistry to obtain efficient anticorrosion and self-healing coatings
Procédé électro-microbien pour le traitement des eaux usées domestiques
Get PDFAu cours du traitement biologique des eaux usées, les bactéries aérobies présentes dans les boues activées oxydent la matière organique et transfèrent les électrons issus de l’oxydation à l’oxygène. Il est alors nécessaire d’aérer l’intégralité du bassin de traitement de façon intensive, ce qui entraine un coût énergétique important. Le tuba électro-microbien, ou biotuba, se présente sous la forme d’une électrode unique avec une partie haute cathodique aérobie et une partie basse anodique anaérobie. Les bactéries électroactives anodiques oxydent la matière organique en condition anaérobie en transférant les électrons à l’électrode. Ces électrons sont évacués au niveau de la partie cathodique qui assure la réduction de l’oxygène. Ce type de traitement permet de diminuer le coût d’aération en passant d’une aération intensive de tout le bassin à une aération la plus réduite possible, uniquement de la partie cathodique. La thèse a eu pour objectif d’optimiser un biotuba pour le traitement des eaux usées domestiques en diminuant au maximum le besoin d’aération. Le biotuba a été caractérisé par le suivi de son potentiel, des abattements de matière organique et des populations microbiennes impliquées dans les parties anodique et cathodique de l’électrode. Le premier type d’aération réalisé en continu sur la partie haute n’est pas concluant car il est difficile de maintenir une partie haute aérobie et une partie basse anaérobie sur le long terme. Une aération séquentielle est alors testée. L’aération séquentielle a déjà été développée pour des électrodes dites bidirectionnelles, qui se comportent en anode ou en cathode selon les conditions expérimentales (ajout de substrat ou d’oxygène). L’impact d’une aération séquentielle est d’abord évalué sur une électrode bidirectionnelle en eaux usées domestiques avant de l’appliquer au biotuba. L’électrode bidirectionnelle assure des densités maximales de courant d’oxydation de l’ordre de 6,4 A/m2, c’est-à-dire au niveau des meilleures performances reportées dans la bibliographie avec des eaux usées domestiques réelles. L’étude des populations microbiennes montre que le biofilm évolue peu au cours du temps et est peu sensible aux changements de conditions, ce qui donne une électrode bidirectionnelle robuste qui maintient ses performances au cours du temps. Ce protocole est alors appliqué aux biotubas dans les eaux usées domestiques avec une aération séquentielle de la partie haute cathodique. La partie basse anodique reste anaérobie. L’objectif est d’abattre le maximum de matière organique tout en aérant au minimum. Les résultats indiquent que le potentiel du biotuba est un paramètre clé pour son pilotage. Ce dernier oscille entre 0 et +0,1 V/ECS lors des phases aérobies et entre -0,4 à -0,5 V/ECS lors des phases anaérobies. Le passage du potentiel haut au potentiel bas correspond à la période d’activité du biotuba pendant laquelle il assure l’oxydation de la matière organique et donc un abattement de la DCO. Cette dernière dure environ 30 minutes, alors que l’abattement cesse dès l’arrêt de l’aération pour les contrôles sans biotuba. Il est également apparu qu’une période trop longue sans aération n’est pas utile (activité du biotuba de 30 minutes) mais qu’une aération trop importante gêne le développement du biofilm anodique, du fait de la compétition avec les bactéries aérobies. Les biotubas avec une aération de 30 minutes toutes les 5 heures 30 ont assuré un abattement de 3 à 6,3 fois plus important que les contrôles. Des communautés microbiennes différentes se développent alors selon les conditions aérobies/anaérobies de chaque zone du biotuba. Une autre stratégie de gestion de l’oxygène a été développée. Elle permet d’abattre jusqu’à 75% de la matière organique contre aucun abattement pour les contrôles en milieu synthétique optimal. En eaux usées réelles, l’abattement est 2,8 fois plus important que pour les contrôles. Un brevet est en cours de dépôt sur cette nouvelle technologie
Exploration des transferts d'électrons entre cellules animales et électrodes
Get PDFDe très nombreuses bactéries sont capables de connecter leur métabolisme avec une électrode qu’elles utilisent comme accepteur ou donneur d’électrons. Quelques études ont mis en lumière des processus similaires avec des levures. Pour l’heure, de tels transferts d’électrons extracellulaires n’ont pas été décrits avec les cellules animales, bien que de multiples résultats expérimentaux laissent penser qu’ils pourraient exister. Ces travaux de thèse ont eu pour objectif d’explorer la capacité de cellules animales à échanger des électrons avec des électrodes. L’étude par voltammétrie cyclique de cellules MRC-5 et Vero adhérées à la surface d’électrodes en carbone a mis en évidence leurs effets catalytiques différents sur la réduction électrochimique du dioxygène. La culture de cellules Vero sur des électrodes de carbone polarisées a démontré que les potentiels entre -0,15 et 0,25 V/ECS ne permettent pas l’adhésion des cellules, bien qu’ils ne semblent engendrer aucune réaction résiduelle significative au niveau des électrodes. Au potentiel appliqué de 0,45 V/ECS, un courant d’oxydation a été enregistré pendant plusieurs jours en présence de cellules Vero adhérées à la surface de l’électrode. La génération de courant d’oxydation est strictement conditionnée par la présence de dioxygène, suggérant une origine mitochondriale des électrons. La forte diminution du courant en l’absence de glutamine conduit à certaines hypothèses sur les voies métaboliques impliquées dans le transfert d’électrons extracellulaire
MBSE and MDAO for Early Validation of Design Decisions: a Bibliography Survey
Get PDFSwitching from document-centric engineering to Model Based Systems Engineering (MBSE), Systems Engineering (SE) has significantly evolved in terms of standard practices for the design of complex, interdisciplinary systems. MBSE consists in a top-down, model based approach to describe the entire system focusing on different points of view that cover at least structural and behavioral descriptions. Over the past decade, the need to perform an engineering analysis in the early steps of the system's life cycle has opened avenues for joint use of MBSE and Multidisciplinary Design Analysis and Optimization (MDAO). MDAO is fully dedicated to Analysis and Optimization: the model is restricted to a single aspect of the system that is described in details in a formal language that will be the input of the associated computing tool. This paper surveys and categorizes MBSE and MDAO approaches for better understanding of how MBSE and MDAO can be associated in a systems engineering project. Lessons learned from this literature survey will be used in the framework of French project Concorde project. One major expected achievement of the project is to design and implement a methodology to populate parts of the MDAO modeling approach directly from the MBSE one, applied to a UAV case study
Collision avoidance interaction between human and a hidden robot based on kinect and robot data fusion
Get PDFHuman-Robot Interaction (HRI) is a largely ad- dressed subject today. In order to ensure co-existence and space sharing between human and robot, collision avoidance is one of the main strategies for interaction between them without contact. It is thus usual to use a 3D depth camera sensor (Microsof Kinect V2) which may involve issues related to occluded robot in the camera view. While several works overcame this issue by applying infinite depth principle or increasing the number of cameras, in the current work we developed and applied an original new approach that combines data of one 3D depth sensor (Kinect) and proprioceptive robot sensors. This method uses the principle of limited safety contour around the obstacle to dynamically estimate the robot-obstacle distance, and then generate the repulsive force that controls the robot. For validation, our approach is applied in real time to avoid collisions between dynamical obstacles (humans or objects) and the end- effector of a real 7-dof Kuka LBR iiwa collaborative robot. Our method is experimentally compared with existing methods based on infinite depth principle when the robot is hidden by the obstacle with respect to the camera view. Results showed smoother behavior and more stability of the robot using our method. Extensive experiments of our method, using several strategies based on distancing and its combination with dodging were done. Results have shown a reactive and efficient collision avoidance, by ensuring a minimum obstacle-robot distance (of ≈ 240mm), even when the robot is in an occluded zone in the Kinect camera view
Industrially scalable surface treatments to enhance the current density output from graphite bioanodes fueled by real domestic wastewater
Get PDFAcid and electrochemical surface treatments of graphite electrode, used individually or in combination, significantly improved the microbial anode current production, by +17% to +56%, in well-regulated and duplicated electroanalytical experimental systems. Of all the consequences induced by surface treatments, the modifications of the surface nano-topography preferentially justify an improvement in the fixation of bacteria, and an increase of the specific surface area and the electrochemically accessible surface of graphite electrodes, which are at the origin of the higher performances of the bioanodes supplied with domestic wastewater. The evolution of the chemical composition and the appearance of C-O, C=O, and O=C-O groups on the graphite surface created by combining acid and electrochemical treatments was prejudicial to the formation of efficient domestic-wastewater-oxidizing bioanodes. The comparative discussion, focused on the positioning of the performances, shows the industrial interest of applying the surface treatment method to the world of bioelectrochemical systems
Numerical study of ElectroAeroDynamic force and current resulting from ionic wind in emitter/collector systems
Get PDFElectroAeroDynamic (EAD) propulsion has recently shown a growing interest with distinct propulsive capabilities and specific advantages. These experimental observations are, therefore, driving interest for numerical predictions of their propulsive capabilities. Keeping with a drift region description associated with the Kaptzov approximation of the corona discharge region effect, we evaluate the detailed contributions of EAD forces from electro-drift effects computation only. We propose a new regularization procedure for the numerical formulation of the electro-drift problem, allowing the convergence of the resulting iterative procedure (here a Newton method) over very large domains, using iteratively adapted meshes in high gradient regions. Our predictions show a good comparison with many experimental configurations, for both the current/intensity and the propulsive force. In some cases, we identify the air drag and the Kaptzov approximation to explain discrepancies with experimental measurements. Finally
Apport de la ludification et autres solutions digitales dans l'amélioration de la santé chez l’homme. Perspectives chez l'animal
Get PDFLe numérique est devenu omniprésent dans le quotidien de chaque individu jusqu’à le rendre indispensable pour beaucoup. L’émergence de la ludification en est une résultante directe et permet de traiter des problématiques classiques de manière innovante en y ajoutant une composante ludique. Dans le secteur de la santé, le manque de compréhension et d’implication des patients se traduisent par des défauts d’observance et une mauvaise appréhension de la médecine préventive. Le numérique via ses différentes expressions, permet déjà de répondre à ces problématique et la ludification offre de nouvelles perspectives. Cette dernière repose sur des principes psychologiques éprouvés et sur une méthodologie définie. En s’appuyant sur cela, il est possible de construire des outils impliquant positivement les individus sur la prise en charge de leur santé ou de celles de leur animal de compagnie
Robocasting of self-setting bioceramics: from paste formulation to 3D part characteristics
Get PDFThis study aims to investigate the feasibility of generating three-dimensional scaffold structures by robocasting 3D printing for bone tissue engineering and anatomical model applications. Robocasting is an additive manufacturing process that generates parts directly from CAD draws in a layer-wise manner, enabling the construction of complex 3D structures with controlled chemistry and specific interconnected porosity. Our strategy was based on the reactivity of the involved components in mineral bone cement or plaster self-setting pastes, but the simultaneity of manufacturing process and chemical setting reactions required a careful adaptation of paste formulations to secure enough time to fabricate a 3D scaffold under homogeneous extruding conditions at room temperature. The two self-setting pastes reactions studied in the present work were the transformation of calcium sulphate hemi-hydrate into gypsum and a mixture of brushite and vaterite into apatite. Additives such as carboxymethyl cellulose (CMC) or polyvinyl alcohol (PVA) were introduced in limited amounts (2–3% for CMC and 9–13% for PVA) in the self-setting paste formulations to favour extrusion while achieving self-standing brands. To complete the 3D scaffold setting reaction, a post-drying protocol was developed. 3D parts of various sizes and architectures were produced. Their crystalline phase and chemical composition characterisations allowed establishing the progress of the chemical setting reaction for all the pastes. A rheological study allowed defining a common trend for all the extruded pastes. Compression tests presented great mechanical properties of plaster 3D samples, particularly improved by the presence of PVA, while water absorption study presented suitable values for all the compositions, according to their different applications
Impact of isolation on crew performance during the SIRIUS-19 campaign
Get PDFIn the last decades, the main space agencies have been focusing on human space exploration missions in future lunar bases and long duration space travel. To ensure the success of long-term space missions, the potentially negative impact of isolation on the crewmembers should be studied for safety and performance monitoring purposes. In thos project (TELEOP) this effect was investigated with regards to human-robot interaction, and more particularly during the remote control of a rover that collects samples on the surface exploration of the Moon. Isolation implies living in narrow spaces with limited privacy and having very little contact with people from the outside; those conditions mostly characterize human space missions. In order to study its impact, several analog mission campaigns have been run, such as: MDRS-189 and MDRS-206 (Mars Desert Research Station – Utah desert), ARES III (Lunares Research Base, Poland) and SIRIUS-19 (Scientific International Research In a Unique terrestrial Station at the Institute of Bio-Medical Problems of Moscow (IBMP) in Russia). In order to progress towards a more global assessment of a confined operator’s cognitive state, an innovative protocol has been designed to analyze subjective and objective measures regarding a professional task. This study evaluates the correlation between the participants’ performance (execution time and accuracy) in a teleoperation task with their reported mood, motivation and their measured cardiac activity during a ground-based analog space mission. The facility considered was the NEK at IBMP in Moscow, Russia, with six participants (3 females; Mean Age=33,4, σ = 6,656; 2 Americans and 4 Russians) during 4 months. Over the period of confinement, they undertook seventeen teleoperation sessions. Training sessions were run before and after the mission. The participants filled shortened versions of the PANAS and the IMI questionnaires to assess their motivation and mood before the task. Additionally, their cardiac activity was measured. The main results are significant Spearman correlations between the reported feeling of confinement and task completion time (ρ = 0.375, p < 0.01) and the reported feeling of confinement with the positive affect component of the mood (ρ = −0.547, p =< 0.01). In addition, a general decrease of motivation was observed along the mission with the exception of a booster created by the Moon landing phase. The outcomes showed a strict link of confinement and teleoperation performance. Thanks to this unique approach in studying the impact of confinement in such realistic environments, the TELEOP project allows to learn more about this unexplored field and consequently to better prepare for future missions to the Moon and beyond