Laboratoire de Physique Théorique
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Détection des dérives temporelles pour le pilotage de flux de production dans l'industrie des semiconducteurs
Get PDFL'objectif de cette thèse en contrat CIFRE avec STMicroelectronics Crolles est de développer des méthodologies et des outils d'aide à la décision permettant de gérer efficacement les flux de production de l'usine Crolles300 en détectant au plus tôt les ralentissements voire les retards d'une ligne automatisée de production sur l'ensemble des produits. Dans ces travaux, on décrit dans un premier temps le fonctionnement des usines de semiconducteurs, les principes de planification sur des chaînes de production complexes et en particulier le fonctionnement des outils de planification. Ce contexte industriel est sujet à une forte variabilité et son analyse a permis d'identifier que la détection des retards entre la production et la planification ne pouvait se faire par comparaison qu'au niveau élémentaire des opérations sur la chaîne de production. Pour résoudre ce problème, on propose de définir un ensemble de méthodes formelles de diagnostic à base de modèle en s'appuyant sur la modélisation du système à l'aide du formalime des Graphes d'Evénements Temporisés (GET) en vue de détecter et de localiser des dérives temporelles. Les GET sont une sous-classe des réseaux de Petri temporels qui permet de représenter graphiquement des systèmes (max,+)-linéaires. Deux méthodes de détection sont proposées. La première est définie à l'aide d'observateurs (max,+) permettant d'estimer l'état courant du système faisant face à des perturbations. Cette méthode peut également être exploitée pour localiser la dérive temporelle dans le système (max,+)-linéaire. La seconde méthode proposée s'applique sur des systèmes (max,+) linéaires à temps incertain borné, c'est-à-dire des systèmes dont les temps d'attente dans les états ne sont plus fixes mais appartenant à des intervalles. Enfin, l'utilisation de ces deux méthodes est illustrée sur un exemple en s'appuyant sur des données réelles de la chaîne de production.The objective of this thesis, funded as a CIFRE contract with STMicroelectronics Crolles, is to develop methodologies and decision support tools that allow the efficient management of production flows in the Crolles300 plant by detecting, as early as possible, any slowdowns or even delays in an automated production line for all products. In this work, we first describe how semiconductor factories operate, how planning is performed on complex production lines and how planning softwares actually create production plans. This industrial business is subject to a strong variability and the analysis of this variability has led us to assert that the detection of time drifts between the real production flow and the plan could be only achieved by comparing flows at the elementary operational level of the production line. To solve this problem, we propose to define a set of formal model-based diagnostic methods over systems that can modeled as Timed Event Graph (TEG) in order to detect and localize time drifts. TEGs are a subclass of time Petri nets that graphically represent (max,+)-linear systems. Two detection methods are then proposed. The first one is based on (max,+) observers that estimate the current state of the system facing time disturbances. This method can also be used to localize time drifts in (max,+)-linear systems. The second proposed method applies to linear (max,+)-systems with bounded uncertain time, i.e. systems whose waiting time in state is no longer punctual but belongs to a time interval. Finally, the use of both methods is illustrated on an example using real data from the production line
Étude de la densité minérale osseuse à partir d'examens tomodensitométriques du pubis : approche méthodologique et application à l'estimation de l'âge
Get PDFL'estimation de l'âge au décès est une étape majeure afin d'établir un profil biologique et permettre une identification reconstructive en anthropologie médico-légale. Ainsi, de nombreuses régions anatomiques ont été étudiées, notamment la symphyse pubienne qui présente un intérêt majeur par sa maturation tardive. Une des méthodes d'évaluation les plus connues est celle de Suchey-Brooks basée sur les caractéristiques morphologiques de la symphyse pubienne. De manière générale, l'os est en remodelage constant, ce qui se traduit notamment par une diminution plus ou moins linéaire de sa densité avec l'âge, en considérant divers facteurs intercurrents. Les progrès en imagerie médicale permettent de mesurer de façon simple, sur des images scanographiques, la densité minérale osseuse (DMO). L'objectif de notre première étude était d'évaluer l'évolution de la DMO en fonction de l'âge, notamment chez des sujets âgés de plus de 40 ans. Nous avons réalisé une étude rétrospective à partir de 88 symphyses pubiennes d'individus masculins et 113 d'individus féminins âgés de plus de 40 ans et ayant bénéficié d'un examen tomodensitométrique dans un hôpital français entre novembre 2017 et avril 2018. Les résultats mettaient en évidence une corrélation négative significative entre la densité osseuse et l'âge pour les deux sexes, associée à d'excellents accords intra- et inter-observateurs concernant l'allocation de la phase de Suchey-Brooks. De plus, une différence significative de densité osseuse entre les stades 6-1 et 6-2 a été observée chez les individus masculins.
L'objectif de notre seconde étude était de proposer des équations de régression linéaire afin d'en déduire l'âge chronologique à partir de la densité osseuse, en utilisant les unités Hounsfield (HU) et la densité osseuse moyenne au niveau de la symphyse pubienne. De plus, nous avons évalué la fiabilité de la méthode et exploré la perspective d'utiliser les unités Hounsfield plutôt que la densité osseuse moyenne dans l'estimation de l'âge. Nous avons construit rétrospectivement un échantillon référence de 400 symphyses pubiennes et un échantillon test de 120 symphyses pubiennes. Nous avons mis en évidence des erreurs absolues moyennes homogènes entre les mesures en unités Hounsfield et les densités osseuses moyennes, la plupart inférieures à 10 ans. En outre, nous avons observé une surestimation modérée chez les individus jeunes et une surestimation minime chez les individus plus âgés. Les contributions de notre travail sont les suivantes : au moyen d'une approche méthodologique originale liée à des mesures réalisées sur des scanners de sujets vivants, la DMO, par ses propriétés de reproductibilité et de continuité, pourrait aider à améliorer la précision de l'estimation de l'âge par la méthode de Suchey-Brooks, particulièrement pour les individus âgés (stades 4 à 6). De plus, avec une fiabilité importante, les mesures en unités Hounsfield semblent appropriées pour corréler la densité osseuse avec l'âge d'un individu, notamment en contexte médico-légal. Enfin, les premiers résultats paraissent orienter vers une validation de cette méthode sur des images scanographiques post-mortem de sujets masculins à différents stades de putréfaction.In forensic anthropology, the estimation of age at death is mainly required to establish a biological profile and facilitate individual identification. Thus, many anatomical structures have been studied, such as the pubic symphysis, which is a source of major interest due to its late maturation. One of the most well-known methods of assessment is the Suchey-Brooks (SB) system based on the morphological characteristics of the pubic symphysis. Generally, bony structures are constantly remodeling. This is mainly seen as a more or less linear reduction in density with increasing age, in addition to other intercurrent factors. The progress made in medical imaging enable to easily measure bone mineral density (BMD) on computed tomography (CT) images.
The aim of our first study was to test the evolution of BMD according to age, especially for individuals over 40 years old. We retrospectively studied pubic bones from 88 males and 113 females over 40 years of age undergoing clinical multi-slice computed tomography (MSCT) in a French hospital between November 2017 and April 2018. The results revealed a significant negative correlation between BMD and age for males and females with moderate to strong intra- and inter-observer reliabilites of the phase allocation in the SB system. Moreover, a significant difference in BMD between stages 6-1 and 6-2 for males was observed. The aim of our second study was to propose linear regression formulae in order to deduce chronological age from bone density, using both Hounsfield unit (HU) and mean bone density (mBD) values of the pubic symphysis. Moreover, we intended to test the reliability and then to explore the feasibility of using HU instead of mBD values for age estimation. We retrospectively built a reference sample of 400 pubic symphyses using computed tomography at a French hospital and a test sample of 120 pubic symphyses. We highlighted homogeneous mean absolute errors for both HU and mBD values, most of them being less than 10 years. Moreover, we reported a moderate overestimation for younger individuals and a very small underestimation for older individuals. Contributions of our work are as follows : thanks to an original methodological approach based on clinical CT scan measurements, BMD might help to improve the reliability of the SB system by its advantages of being reproducible and continuous, especially for older individuals (stages 4 to 6). Moreover, with a valuable level of reliability, HU measurements seem to be suitable for linking bone density with the age of individuals in forensic practice. Finally, the first results seem to confirm this method from post-mortem CT images of males corpses at different states of decomposition
The vehicle routing problem for flash floods relief operations
Get PDFChaque année, les inondations ont de graves conséquences humaines et économiques. Cette thèse étudie la phase de réponse de la gestion de crise des crues éclairs, un type d'inondation caractérisé par un augmentation très rapide du niveau de l'eau. Cela ne laisse que très peu de délai aux équipes de secours pour des mesures préventives. En collaboration avec les équipes de secours du SDIS 31 ( Service Départemental d'Intervention et de Secours), les opérations de secours aux victimes sont étudiées.
Le problème étudié est l'optimisation des trajets des véhicules de secours pour secourir les victimes. Ce type de problème est appelé Problème de Tournées de Véhicules. Un enjeu majeur du problème est la limite de capacité des véhicules. Certains lieux peuvent nécessiter d'être secourus par plusieurs véhicules. De plus, les interventions sont priorisées. En fonction des victimes à secourir, l'intervention peut avoir un caractère plus ou moins urgent. À ce critère de priorité est également associée une deadline. De plus, les équipes de secours du SDIS 31 utilisent différentes catégories de véhicules. Ces véhicules on des capacités différentes et peuvent gérer différents types d'interventions. Ces contraintes ajoutent de la complexité par rapport au problème général de Tournées de Véhicules. Cependant, les équipes de secours ne possèdent souvent pas suffisamment de ressources pour secourir toutes les victimes en un seul tour. Un tour est comptabilisé à chaque fois qu'un véhicule doit rentrer au centre de secours pour mettre les victimes en sécurité. Diviser les interventions entre plusieurs véhicules est donc autorisé dans le problème étudié. Cela veut dire que les trajets des véhicules peuvent être planifiés pour secourir des victimes à un lieu donné avec plusieurs interventions, ce qui donne plus de flexibilité aux équipes de secours par rapport au problème général de Tournées de Véhicules. Premièrement, le travail de cette thèse est de trouver des solutions au Problème de Tournées de Véhicules rencontré par les équipes de secours et le mettre en relation avec des travaux similaires. Une approche de résolution par méthode exacte est testée et ses performances sont mesurées en fonction de l'évolution de la taille du problème. Des algorithmes heuristiques sont développés afin de pouvoir traiter les problème de grande échelle. Enfin, le problème de répartition des ressources rencontré par les équipes de secours quand une inondation impacte plusieurs zones géographiques à la fois est étudié. Pendant une inondation, les équipes de secours n'ont pas toutes les informations sur les lieux d'interventions dés le début de la crise. Des événements dynamiques de natures variées se révèlent au cours de la crise. Par conséquent une autre classe de problème est étudiée quand des l'information est dynamique. Des solutions adaptées pour répondre cette version dynamique du Problème de Tournées de Véhicules sont développées et évaluée dans cette thèse. Un générateur de graphes est proposé afin de générer des instances de territoires inondés et leurs enjeux. Ce générateur a été développé dans le but de permettre de paramétrer les instances créées. De ce fait, après analyse des données contenues dans les Retours d'Expérience de la crue éclair de Luchon en 2013, cas d'étude de cette thèse, des instances de test avec des caractéristiques similaires ont été générées afin de réaliser l'évaluation. Un simulateur qui permet d'imiter les interactions entres les différents acteurs de la gestion de crise a également été développé. Il permet de jouer des scénarios de crise dynamiques en temps simulé. Ces scénarios ont été générés en utilisant des données du cas d'études. Le processus d'évaluation permet d'observer quelle solution développée dans ce travail affiche les meilleures performances en terme de qualité de solutions et de temps de calcul.Every year, floods have huge consequences both in terms of human casualties and damages to infrastructures. This thesis studies means to improve the response phase of the disaster management to flash floods. They are characterized by a fast rise of the water level which leaves limited time to rescue teams for anticipation measures. In collaboration with rescue teams from SDIS 31 (Service Départemental d'Intervention et de Secours), victim relief operations are studied. The problem is one of optimizing routes for vehicles between locations where victims need to be rescued. This problem is called a Vehicle Routing Problem. A major challenge is that rescue vehicles have limited capacities. Furthermore, interventions can be prioritized. In function of the victim to rescue, the intervention can be of various degree of urgency. With this priority is also associated a deadline. In addition, rescue teams from SDIS 31 use different categories of vehicles. These vehicles have different capacities and can handle different types of interventions. These constraints add complexity to the general Vehicle Routing Problem. However, rescue teams often do not possess enough vehicles to rescue all victims in one tour. A tour is counted every time a vehicle has to drive back victims to safety. Splitting service is allowed in the problem studied. It means routes can be planned to rescue victims at a single location with several interventions, which gives more flexibility than the classical Vehicle Routing Problem. First, the work of this thesis is to develop solutions to answer the Vehicle Routing Problem encountered by rescue teams and put it into perspective with related. An exact approach is tested and its performance are measured with the evolution of the problem size (number of intervention locations). Heuristic algorithms are also developed in order to cope with large problem sizes. Finally the resource distribution problem faced by rescue teams is studied. When a flood impacts several sectors separated with too much distance, rescue teams may need to dispatch vehicles in sectors. The optimization problem of such a resource distribution is presented. Different solutions are introduced in this thesis and compared. During crisis such as floods, all information is not known at the beginning of the rescue operations. Dynamic events of various nature are released during the crisis, while rescue vehicles are already on the road. Locations where victims need to be rescued, as well as the number of victims to rescue, may be revealed on-the-fly thanks to rescue teams scouting of the impacted area for instance. In addition, rescue teams operate in a degraded environment, which can imply detours on the planned route and delays on timing. Therefore, another class of problem is studied when dynamic information is considered, called Dynamic Vehicle Routing Problem. Solutions adapted to answer the Dynamic version of the Vehicle Routing Problem are developed and evaluated in this thesis. A graph generator is presented in the thesis to generate instances of a flooded territory and its issues. It enables to parameterize characteristics of the created instances. Hence, after data analysis of Experience Feedbacks from Luchon flash flood in the South of France in 2013, the case study of this thesis, instances with similar characteristics have been generated to conduct evaluation on. A simulator to run interactions between the different actors of the crisis management has also been developed. It allows to run dynamic crisis scenario in simulated time. It helps to speed the evaluation process conducted on a large number of scenarios. These scenarios have been generated using data from the study case as for instances. The evaluation process allows to observe which solutions developed in this thesis gives the best performances in terms of solutions quality and computation time
Influence des propriétés physiques et chimiques du sol et de leur variation saisonnière sur l'occurrence et la distribution de Burkholderia pseudomallei dans une rizière au centre du Laos
Get PDFBurkholderia pseudomallei (BP) bactérie commune des sols tropicaux, provoque une maladie grave, la mélioïdose. Cette thèse, basée sur un travail de terrain dans le centre de la RDP Lao où BP est endémique, vise à clarifier les déterminants de la distribution de BP dans le sol en fonction des conditions biogéochimiques du sol et climatiques, à des échelles emboîtées. PB a été identifiée dans le sol jusqu'à 300 cm de profondeur, à des concentrations variables (maximales en dessous de 100 cm), à la fois à l'échelle du millimètre, en lien avec l'état d'oxydation du fer, et à l'échelle du profil du sol. La variabilité saisonnière des concentrations de BP, plus marquée près de la surface qu'en profondeur, est cohérente avec sa persistance accrue dans les couches saturées d'eau tout au long de l'année. Cette thèse démontre l'importance de considérer la complexité du sol pour mieux comprendre l'écologie de BP.Burkholderia pseudomallei (BP) a pathogenic bacterium found in tropical soils, causes a severe disease, melioidosis. This thesis, based on field work in the main region of BP endemicity in Lao PDR, aims to clarify the determinants of BP distribution in soil. We applied a multi-scale approach to characterize the distribution of BP in relation with soil physico-chemical variability and highlight seasonal variations in BP distribution. BP occurred at all soil depths down to 300 cm but its concentrations varied drastically, both at the millimetre scale, concomitantly with the oxidation state of iron, and at the soil profile scale, unexpectedly reaching peak values below 100 cm. Seasonal variability of BP concentrations was higher in shallow than deep soil horizons, consistent with increased BP persistence in layers saturated with water year round. This thesis demonstrate the importance of considering the complexity of soil to better understand the ecology of BP
Les facteurs de risque de la maladie coronarienne chez les femmes libanaises : une étude cas-témoins
Get PDFCe travail vise à déterminer les facteurs de risque (FDRs) de maladie coronarienne (MC) de femmes Libanaises et à évaluer le lien entre MC et activité physique/sédentarité. Au cours d'une étude cas-témoin prospective, menée à Beyrouth et au Mont-Liban, nous avons inclus 1500 patientes de 40 ans ou plus. Les facteurs sociodémographiques, l'activité physique et la sédentarité, et les FDRs cardiovasculaires ont été collectées. Nous mettons en évidence une association positive entre la MC et certains FDRs. De plus, les douleurs articulaires banales, fréquentes chez la femme ménopausée, sont associées aux MC, tandis qu'une activité physique régulière, au moins modérée, facilement accessible (travaux ménagers/jardinage, transport) semblaient réduire significativement les événements coronariens. Ces résultats soulignent la nécessité d'interventions de prévention dédiées aux femmes pour une amélioration de leur santé cardiovasculaire.This work aims to determine the risk factors (RFs) for coronary heart disease (CHD) in Lebanese women and to assess the association between CHD and physical activity/sedentary lifestyle. In a prospective case-control study, conducted in Beirut and Mount Lebanon, we included 1500 female patients aged 40 years or older. Sociodemographic factors, physical activity and sedentary lifestyle, and CVRFs were collected. We showed a positive association between CHD and some RFs. In addition, common joint pain, which is frequent in postmenopausal women, was associated with CHD, while regular, at least moderate, easily accessible physical activity (housework/gardening, transportation) appeared to significantly reduce CHD events. These findings underscore the need for dedicated prevention interventions for women to improve their cardiovascular health
Caractérisations et modèle de formation du gisement de Talc de Nkob (Anti-Atlas marocain)
Get PDFLe gisement de talc de Nkob, situé dans la boutonnière de Siroua de l'Anti-Atlas central, est encaissé par les formations métasédimentaires du Groupe de Taghdout dans l'auréole de contact du granite édiacarien d'Amassine. Il consiste en une alternance stratifiée de marbres verts riches en serpentine, de marbres dolomitiques noirs, de talcitites et de phlogopitites (éventuellement rétrogradés en chlorites), le tout enclos dans des métapélites à andalousite et des quartzites. Deux stades métamorphiques principaux ont été définis pour la formation des marbres et des talcitites : (1) un stade à haute température s'est produit dans des conditions de faciès amphibolite (> 500°C). L'augmentation de la température pendant la mise en place du granite a conduit à la formation d'assemblages contenant de la forstérite, de la trémolite et de la phlogopite (±diopside) dans les marbres, ainsi que la formation de marbres dolomitiques purs, dépendant de la nature du protolithe pré-métamorphique, et la distribution de la température dans l'auréole de l'intrusion. Ce stade à haute température est également caractérisé par la croissance de porphyroblastes d'andalousite dans les métapélites entourant le gisement. (2) Un stade hydrothermal rétrograde à basse température caractérisé par l'infiltration d'un fluide aqueux riche en silice (vraisemblablement dérivé du pluton). Il s'est produit dans des conditions de faciès schiste vert (<520°C). Ce stade a généré la formation de silicates hydratés, principalement de la serpentine et du talc (+ calcite). La formation de ces minéraux silicatés hydratés, a eu lieu à l'intérieur des roches (le long des limites des grains) ou à l'intérieur des veines. Le talc s'est formé par deux processus au sein du gisement de Nkob : le talc aciculaire dans les talcitites près du granite s'est formé après la décomposition de la trémolite dans une gamme de température de 350 à 500°C, tandis que le talc tabulaire dans l'auréole externe s'est formé par réaction entre la dolomite et les fluides aqueux siliceux à des températures inférieures à 350°C. Les marbres verts (et noirs-verts) dérivent de dolomies siliceuses affectées par des interactions avec des fluides aqueux riches en silice, tandis que les marbres noirs dérivent de dolomies pures (à légèrement siliceuses). Les couches de talcitite ont également été affectées par des circulations hydrothermales similaires en H2O et Si mais leur précurseur dolomitique contenait probablement une fraction plus importante de silicates détritiques. De nouvelles données géochronologiques indiquent une mise en place du granite d'Amassine vers 601 Ma, et des âges allant de 1.70 à 3.0 Ga pour la population des zircons détritiques des métapélites du Groupe de Taghdout. Bien que nous ne disposions pas d'une datation directe de la minéralisation, les datations 40Ar/39Ar sur les muscovites séparées de deux échantillons de cornéennes à andalousite situées dans l'auréole du granite, donnent des âges de 592 ± 2 et 591 ± 3 Ma. Les datations 40Ar/39Ar d'hornblende séparée d'un échantillon d'amphibolite, documentent des âges apparents (380-457 Ma) correspondant probablement à une réouverture du système isotopique au cours du Paléozoïque. L'intégration de l'ensemble de ces résultats dans le contexte anti-atlasique régional, met en évidence l'importance de l'événement magmatique felsique post-collisionnel ayant lieu durant l'Ediacarien pour la formation du gisement de talc de Nkob.
Cependant, bien que la majorité des gisements associés à cet événement soient formés vers l'Ediacarien terminal, le gisement de talc de Nkob, quant à lui, apparait plus précoce et reste associé au début de la mise en place de ce magmatisme (entre 600 et 603 Ma). Enfin, les résultats obtenus durant ce travail fournissent des guides susceptibles d'orienter efficacement les futures campagnes d'exploitation.The Nkob talc deposit, located in the Siroua inlier (central Anti-Atlas), is hosted by the metasedimentary formations of the Taghdout Group in the contact aureole of the Ediacaran granite of Amassine. It consists of a stratified succession of green serpentine-rich marbles, black dolomitic marbles, talcitites and phlogopitites (eventually retrogressed into chloritites) enclosed within andalusite metapelite and quartzite. Two main metamorphic stages have been defined for the formation of the marbles and talcitites : (1) high-temperature recrystallization occurred under amphibolite facies conditions (>500°C). Temperature increase during granite emplacement led to the formation of forsterite, tremolite, phlogopite (±diopside) bearing assemblages in siliceous marbles and to transformation of dolomitic (calcite-free) marbles from pure dolostones. This high temperature stage is also characterized by the growth of andalusite porphyroblasts in the metapelites surrounding the deposit. (2) A low temperature retrograde hydrothermal stage characterized by the reactive infiltration of aqueous silica-rich fluid (presumably derived from the granitic body), occurred in greenschist facies conditions (<520°C). Hydrous silicate minerals, mostly serpentine and talc (+ calcite), were formed during this stage within the rocks (after fluid infiltration along grain boundaries) or within veins (marking channeled fluid circulation). Talc formed by two processes at Nkob: acicular talc near the granite formed after the breakdown of tremolite in a temperature range of 350 to 500°C, while tabular talc in the external aureole formed via reaction between dolomite and siliceous-aqueous fluids in temperatures below 350°C. The green (and black-green) marbles derive from siliceous dolomites affected by interactions with silica-rich aqueous fluids, whereas the black marbles derive from pure (to slightly siliceous) dolomites. The talcitite layers were also affected by similar hydrothermal H2O and Si circulations but their dolomitic precursor probably contained a higher fraction of detrital silicate. New geochronological data indicate emplacement of the Amassine Granite at ca. 601 Ma, and ages ranging from 1.70 to 3.0 Ga for the detrital zircon population of the Taghdout Group metapelites. Although direct dating of the mineralization is not available, 40Ar/39Ar dating of separate muscovites from two metapelite samples located in the granite aureole yield ages of 592 ± 2 and 591 ± 3 Ma. The 40Ar/39Ar dating of hornblende separated from an amphibolite sample, provides apparent ages (380-457 Ma) probably corresponding to a reopening of the isotopic system during the Paleozoic. The integration of all these results in the regional anti-atlasic context, highlights the importance of the post-collisional felsic magmatic event occurring during the Ediacaran period for the formation of the Nkob talc deposit. However, although most of the deposits associated with this event were formed around the end of the Ediacaran, the Nkob talc deposit appears earlier and remains associated with the beginning of the emplacement of this magmatism (between 600 and 603 Ma). Finally, results obtained during this work provide guidelines that can effectively orient future mining campaigns
Etude et développement de micro-oscillateurs fluidiques pour le refroidissement de systèmes électroniques embarqués
Get PDFDans le domaine aéronautique, les contraintes sur le refroidissement sont multiples. L'efficacité d'un système de refroidissement ne se résume plus au simple taux de chaleur dissipée, mais englobe d'autres facteurs comme la compacité, le poids, la robustesse, le coût de maintenance ainsi que la durabilité. Une conception du système de refroidissement qui intègre ces aspects pourrait diminuer les coûts de fonctionnement, notamment la consommation de kérosène, et donc réduire l'impact environnemental du vol. La multiplication de systèmes embarqués dans l'aéronautique amène des contraintes supplémentaires pour leur refroidissement. Dans ce contexte, les actionneurs fluidiques présentent un fort potentiel. Ces travaux portent plus précisément, sur l'utilisation de jets pulsés produits par des oscillateurs fluidiques pour refroidir une surface chauffée. Plusieurs travaux sur les jets d'impact ont montré qu'il était possible d'améliorer la dissipation thermique en introduisant des pulsations dans l'écoulement. Il manque cependant un consensus dans la littérature autour de l'ensemble des conditions opératoires propices à l'amélioration des performances. D'où la nécessité de mener une étude sur l'écoulement produit par ces dispositifs fluidiques et le refroidissement qui en résulte. En amont de cela, il est nécessaire de se pencher sur l'effet de certains paramètres liés à la géométrie du l'oscillateur sur son mode de fonctionnement, en commençant par la caractérisation de l'écoulement pulsé produit par l'oscillateur. AK cette fin, un prototype d'oscillateur est réalisé en fabrication additive puis caractérisé via une reconstruction spatiale 2D et 3D du champ de vitesse à l'aide d'un seul fil-chaud et d'une sonde de pression placée au niveau des canaux de retours. Cette méthode de mesure nous permet de mettre en évidence des structures cohérentes et suivre leur évolution. En marge de cette étude, un réseau de neurones artificiels profond, ayant des fonctions d'activations sinusoïdales atypiques, est utilisé pour créer une représentation implicite du champ de vitesse.
L'oscillateur ainsi caractérisé a alors été utilisé pour refroidir une plaque en verre chauffé. Des tests sont pratiqués sur des jets stationnaires et des jets pulsés de même débit massique moyen. Une amélioration considérable des performances est observée pour des faibles distances d'impact et des hautes fréquences de pulsation. Des simulations numériques sont ensuite réalisées en utilisant des méthodes statistiques en un point (dites RANS) et des modèles hybrides LES/RANS. En vue de concevoir un système de refroidissement compact et capable de cibler des composants de tailles submillimétriques, des versions micrométriques de ces mêmes oscillateurs ont été conçues et fabriquées ainsi qu'une instrumentation électronique à même de les caractériser. Rares sont les études menées sur les microjets d'impact alors qu'aucune étude n'a pu être recensée à ce jour sur les microjets d'impact pulsés ni sur les micro-oscillateurs fluidiques gazeux. Le défi est donc double : de montrer que les micro-oscillateurs à gaz peuvent fonctionner à cette échelle et de les utiliser pour refroidir des composants dissipateurs de chaleur. À cela vient s'ajouter un problème non moins ambitieux, celui d'instrumenter l'oscillateur ainsi que la surface d'impact chauffée. Étant donné que la fréquence d'oscillation à cette échelle-là se mesure en kilohertz et que les fluctuations de température sont relativement faibles, des capteurs thermiques à base de couches de polysilicium fortement dopé ont donc été produits. Bien que leur haute sensibilité thermique ait été déjà démontrée, il est question ici d'améliorer leur temps de réponse. Pour ce faire, les capteurs ont été partiellement désolidarisés du substrat en silicium. Cette amélioration de la dynamique du capteur a été obtenue au prix d'une structure fragilisée qu'il a fallu prendre en compte dans les étapes technologiques suivantes.Thermal management in the aerospace industry is subject to a number of constraints. The suitability of a cooling system does not only depend on the heat flux that it can evacuate, but also includes such aspects as compactness, weight, sturdiness, cost of maintenance and durability. Taking these factors into consideration contributes to reducing fuel consumption, thus reducing the carbon footprint of the airplane. With this in mind, fluidic actuators were developed for electronics cooling applications on-board airplanes. In other words, the aim is to cool heated surfaces using the periodic unsteady flow produced by no-moving-parts fluidic oscillators. Previous studies had shown the possibility of enhancing jet impingement heat transfer by introducing a periodic perturbation in the flow. Nevertheless, the exact experimental conditions that lead to this improvement remain somewhat inconsistent across different studies. For this reason, this study tackles both the flow features of the pulsed impinging jet as well as their effects on heat transfer. In preparation, the oscillator is characterized by assessing its response to changes in design parameters and experimental conditions. This was followed by a two- and three-dimensional reconstructions of the velocity field outside the device using a hot-wire and a pressure transducer mounted onto one of the feedback loops. Using this technique, it was possible to deduce certain flow characteristics as well as detect and track the evolution of large coherent vortices produced by the pulsed jet. The data from these exhaustive measurements was then used to train a deep neural network that uses sinusoidal activation functions. The result is an implicit representation of the flow that could be useful to designers when the oscillator is only part of a larger system.
The oscillators were then used to cool a heated plate whose temperature was measured using an infrared camera. Both steady and pulsed jets were studied for a large range of frequencies, impact distances and flow rates. Remarkable enhancement was observed for small impact distances and high frequencies. Simulations where then performed using both RANS and hybrid LES/RANS approaches. In the second part of this work, a miniaturized version of the oscillator was produced that can efficiently target small electronic components. Impinging microjets have rarely been studied, while little to no works could be found on pulsed microjets of air or no-moving-parts microfluidic oscillators. The goal of the present study is then twofold, to prove that functional microfluidic oscillators with air as working fluid can be produced and that they can efficiently cool a heated surface. From an experimental standpoint, this requires proper instrumentation capable of acquiring measurements at the spatial and temporal scales of the system. For this end, high-sensitivity thermal sensors were implemented inside the microfluidic device as well as on the heated target surface. The current iteration of these sensing elements involves partially suspending them over the substrate on which they were built in order to reduce their thermal inertia. The carefully suspended structures were shown to withstand the subsequent fabrication steps despite undergoing high temperatures and pressures
Changement de masse des glaciers à l’échelle mondiale par analyse spatiotemporelle de modèles numériques de terrain
Get PDFLes glaciers de la planète rétrécissent rapidement, et produisent des impacts qui s'étendent de la hausse du niveau de la mer et la modification des risques cryosphériques jusqu'au changement de disponibilité en eau douce. Malgré des avancées significatives durant l'ère satellitaire, l'observation des changements de masse des glaciers est encore entravée par une couverture partielle des estimations de télédétection, et par une faible contrainte sur les erreurs des évaluations associées. Dans cette thèse, nous présentons une estimation mondiale et résolue des changements de masse des glaciers basée sur l'analyse spatio-temporelle de modèles numériques de terrain. Nous développons d'abord des méthodes de statistiques spatio-temporelles pour évaluer l'exactitude et la précision des modèles numériques de terrain, et pour estimer des séries temporelles de l'altitude de surface des glaciers. En particulier, nous introduisons un cadre spatial non stationnaire pour estimer et propager des corrélations spatiales multi-échelles dans les incertitudes d'estimations géospatiales. Nous générons ensuite des modèles numériques de terrain massivement à partir de deux décennies d'archives d'images optiques stéréo couvrant les glaciers du monde entier. À partir de ceux-ci, nous estimons des séries temporelles d'altitude de surface pour tous les glaciers de la Terre à une résolution de 100,m sur la période 2000--2019. En intégrant ces séries temporelles en changements de volume et de masse, nous révélons une accélération significative de la perte de masse des glaciers à l'échelle mondiale, ainsi que des réponses régionalement distinctes qui reflètent des changements décennaux de conditions climatiques. En utilisant une grande quantité de données indépendantes et de haute précision, nous démontrons la validité de notre analyse pour produire des incertitudes robustes et cohérentes à différentes échelles de la structure spatio-temporelle de nos estimations. Nous espérons que nos méthodes favorisent des analyses spatio-temporelles robustes, en particulier pour identifier les sources de biais et d'incertitudes dans les études géospatiales. En outre, nous nous attendons à ce que nos estimations permettent de mieux comprendre les facteurs qui régissent le changement des glaciers et d'étendre nos capacités de prévision de ces changements à toutes échelles. Ces prédictions sont nécessaires à la conception de politiques adaptatives sur l'atténuation des impacts de la cryosphère dans le contexte du changement climatique.The world's glaciers are shrinking rapidly, with impacts ranging from global sea-level rise and changes in freshwater availability to the alteration of cryospheric hazards. Despite significant advances during the satellite era, the monitoring of the mass changes of glaciers is still hampered by a fragmented coverage of remote sensing estimations and a poor constraint of the errors in related assessments. In this thesis, we present a globally complete and resolved estimate of glacier mass changes by spatiotemporal analysis of digital elevation models. We first develop methods based on spatiotemporal statistics to assess the accuracy and precision of digital elevation models, and to estimate time series of glacier surface elevation. In particular, we introduce a non-stationary spatial framework to estimate and propagate multi-scale spatial correlations in uncertainties of geospatial estimates. We then massively generate digital elevation models from two decades of stereo optical archives covering glaciers worldwide. From those, we estimate time series of surface elevation for all of Earth's glaciers at a resolution of 100,m during 2000--2019. Integrating these time series into volume and mass changes, we identify a significant acceleration of global glacier mass loss, as well as regionally-contrasted responses that mirror decadal changes in climatic conditions. Using a large amount of independent, high-precision data, we demonstrate the validity of our analysis to yield robust and consistent uncertainties at different scales of the spatiotemporal structure of our estimates. We expect our methods to foster robust spatiotemporal analyses, in particular to identify sources of biases and uncertainties in geospatial assessments. Furthermore, we anticipate our estimates to advance the understanding of the drivers that govern glacier change, and to extend our capabilities of predicting these changes at all scales. Such predictions are critically needed to design adaptive policies on the mitigation of cryospheric impacts in the context of climate change
Physiopathologie de la maladie d'Alzheimer : une étude des biomarqueurs des fluides et de neuroimagerie focalisée sur la neuro-inflammation
Get PDFLe système physiopathologique de la maladie d'Alzheimer (MA) s'organise à différentes échelles spatio-temporelles (moléculaire, cellulaire, cognitive...). L'organisation de ces sous-systèmes et de leurs perturbations dans la MA est à la base des stratégies diagnostiques et thérapeutiques.
Une première étude a été effectuée sur la valeur diagnostique des biomarqueurs amyloïdes du liquide cérébrospinal. Cette étude a permis de révéler de fortes incohérences dans le cas d'un diagnostic purement biologique de MA et de la classification ATN. Elle permit de discuter brièvement l'emploi et l'interprétation de ces biomarqueurs dans ce contexte. La neuroinflammation prend une importance croissante dans la physiopathologie de la MA. Dans cette thèse, l'ensemble des travaux se sont basés sur le projet V.I.P. qui étudie le rôle de la neuroinflammation en imagerie tomographie par émission de positons (TEP) aux premiers stades de la MA. Ce projet est un essai clinique de phase 2 d'un composé anti-inflammatoire innovant dont l'effet est évalué en TEP scan ainsi qu'une évaluation neuropsychologique exhaustive. Une première étude a été effectuée sur les examens de la visite d'inclusion du projet V.I.P. et révéla l'hétérogénéité des profils neuroinflammatoires parmi les patients inclus, tant en termes de topographie que d'association avec leurs profils cliniques. Une deuxième étude montra que la variabilité des profils de neuroinflammation en TEP était également dissociée des profils de neurodégénérescence. Bien qu'introductifs à l'analyse longitudinale de l'effet du traitement, ces résultats montrèrent la difficulté de l'étude de la neuroinflammation aux premiers stades de la MA sur des aspects méthodologique et physiopathologique. La suite du projet V.I.P. permettra ainsi de discuter l'intérêt d'interventions immunologiques aux premiers stades de la MA.The pathophysiological system of Alzheimer's disease (AD) is organised at different spatio-temporal scales (genetic, molecular, cellular network, cognitive functioning...). The organisation of these subsystems and their dysfunctions in AD is the basis of diagnostic and early therapeutic strategies. A first study was performed on the diagnostic value of amyloid biomarkers in the cerebrospinal fluid. This study revealed a low consistency of these biomarkers using a purely biological diagnosis of AD and the ATN classification scheme. The implications of this result on the use and interpretation of these biomarkers in routine clinical practice was briefly discussed in this study.
Neuroinflammation is gaining importance in AD pathophysiology and therapeutic research. In this thesis, a set of analyses was based on the V.I.P. project which is a phase two trial of a non-steroidal anti-inflammatory compound in early AD. Longitudinal difference on positron emission tomography (PET) imaging of the translocator protein is the primary end point of this project. A first trans-sectional study was performed using the baseline results of the V.I.P. project to elucidate the relationship of the inflammatory PET results with the neuropsychological measurements. This study revealed a strong heterogeneity of the inflammatory PET profiles in terms of intensity and highly variable relationships with the neuropsychological profiles. A second study showed that the variability of neuroinflammatory PET profiles was also unrelated to the regional atrophy profiles. These preliminary analyses highlight the need to study the impact of the heterogeneity of neuroinflammation in early AD on disease progression. The interest to implement immunological intervention in this context will be the subject of the V.I.P. trial
Etudes de la croissance anisotrope de ZnO synthétisés par une méthode organométallique et étude cinétique de la gélification concomitante
Get PDFAujourd'hui, les nanosciences sont définies comme l'étude des structures (moléculaires) et dispositifs dont au moins une des dimensions caractéristiques se situe 1 - 100 nm. Ces nanomatériaux agissant comme des ponts entre les matériaux massifs et les structures atomiques et démontrent de nombreuses modifications dans les propriétés physiques, chimiques ou biologiques en raison de la taille réduite. Les nanomatériaux composés d'oxydes métalliques sont un tel type de matériaux intéressants. Leurs caractéristiques sont très intéressantes pour le développement d'applications électroniques, optiques, de capteurs et autres. Pour certains des oxydes métalliques, un manque d'oxygène crée des vacances agissant comme donneur d'électrons et induisant des propriétés de semi-conducteurs de type n. ZnO est un exemple typique. Il est caractérisé par une large bande interdite d'environ 3.4 eV, une énergie grande exciton de 60 meV, une grande mobilité électronique et une luminescence dans le visible et le proche ultraviolet. Ces caractéristiques électroniques en font un bon candidat pour le développement de sources d'émission lumineuse et de détecteurs. Il a été ainsi montré que ZnO pouvait, selon les conditions de préparation, émettre dans l'ultraviolet, le violet, le vert, le jaune et même le rouge. Ces propriétés optiques de ZnO dépendent fortement de la morphologie des matériaux. Dans le travail précédent, une méthode mature de synthèse des nanomatériaux ZnO a été développée - la méthode organométallique. Les nano ZnO bien définis avec différentes tailles, formes et morphologies (isotrope, anisotrope) peuvent être obtenus en changeant différents paramètres (milieu de réaction, types de ligands ou de surfactants, température, temps d'incubation, etc.). Cependant, lorsque des amines primaires sont utilisées comme ligands, le mécanisme de la croissance anisotrope n'est toujours pas clair. Les influences des amines secondaires et tertiaires sur nano ZnO obtenus ne sont pas encore dévoilées. Ainsi, la thèse s'attache tout d'abord à étudier les deux points ci- dessus. Premièrement, nous utilisons la méthode d'analyse de tracé 2D et d'analyse statistique pour extraire les informations sur la taille des particules à partir des images TEM. Les données traitées suggèrent que le mécanisme de croissance anisotrope est le processus d'attachement orienté, et finalement entravé par un processus de gélification induit par l'interaction du Zn précurseur avec les aminés. Deuxièmement, nous adoptons une amine de même longueur de chaîne mais de structure différente comme tensioactif (amine primaire, secondaire et tertiaire) pour synthétiser les NCs de ZnO. Les analyses RMN et DFT ont démontré que la différence de morphologie entre les NCs de ZnO viens d'une forte différence dans leur dynamique à la surface des NCs en croissance. L'interaction des liaisons H multiples à la surface du ZnO pour les amines primaires, conduit à une mobilité réduite de ces amines par rapport aux amines secondaires, qui restent mobiles à la surface des NCs dans toutes les dimensions de l'espace. Cette thèse s'intèresse aussi à la gélification qui a été trouvée pendant la synthèse du ZnO. Il a été démontré qu'elle était associée à la formation d'oligomères. Cependant, pour comprendre sa force motrice et étudier la révolution des propriétés rhéologiques avec le temps, d'autres amines primaires avec une longueur de chaîne différente sont utilisées. Les résultats de RMN montrent que la force intermoléculaire (force de Van der Waals, réticulation) contribue à la vitesse de gélification et explique les différents temps de début de gélification. Plus la chaîne est longue, plus la gélification est rapide. La première est déterminée par la force de VdW, et la seconde est déterminée par la réticulation entre les oligomères formés. Les résultats de la mesure rhéologique ont montré que le gel était composé d'une phase organique tridimensionnelle.Nowadays, nanoscience is defined as the studies of structures (molecules) and devices, in which at least one characteristic size is between 1 nm and 100 nm. These nanomaterials act as a bridge between bulk materials and atomic structures, and show many changes in the properties of physical, chemical or biological properties due to the reduction of the size of these structures. Nano materials composed of metal oxides are such kind of interesting materials. Their characteristics are very interesting for the development of electronic, optical, sensor and other applications. For some metal oxides, oxygen deficit will produce vacancies, act as electron donors, and naturally induce the performance of n-type semiconductors. ZnO is a typical example. It has characters of wide band gap of about 3.4 ev, high electron hole interaction energy (60 meV), high electron mobility, visible and near ultraviolet luminescence. These electronic characteristics make it a good candidate for the development of light source and detector. Recent studies have shown ZnO can emit in ultraviolet, violet, green, yellow and even red according to the preparation conditions. These optical properties of ZnO are closely related to the morphology of the material. In the previous work, we first developed a mature synthesis method of ZnO nano materials with organometallic method. By changing different parameters (reaction medium, type of ligand or surfactant, temperature, incubation time, etc.), clear ZnO nano objects with different sizes, shapes and morphologies (isotropic and anisotropic) can be obtained. However, when primary amine is used as ligand, which is the factor controlling this anisotropic growth, the mechanism of anisotropic growth is not clear. The effects of secondary and tertiary amines on nano ZnO are not clear either. Therefore, this paper first studies the above two points.
First, we use 2D-plot analysis and statistical analysis to extract particle size information from TEM images. The processed data showed the anisotropic growth mechanism is realized firstly through the orientated attachment process, then finally hindered by the gelation process induced by the interaction between Zn precursor and amino ligand. Second, ZnO NCs was synthesized by using amines with the same aliphatic chain length but different structures as surfactants (primary, secondary and tertiary amines). The interaction between these surfactants and ZnO NCs metal precursors in the whole synthesis process was revealed by the complementary analysis of NMR and DFT. The results show the morphology of ZnO NCs varies with the amine structure, which is due to the great difference of their kinetics on the surface of growing NCs. The interaction of multiple H bonds of primary amines on the surface of ZnO leads to the decrease of the mobility of these amines relative to secondary amines, and the secondary amines remain on the surface of NCs in all spatial dimensions. This thesis work also contains topic of gelation which is discovered during the synthesis of ZnO. It was found the gel formation was related to the formation of oligomers. However, in order to understand the driving force of gelation and study the evolution of gel rheological properties over time, we used primary amines with different fatty chain lengths to study their effects. The NMR results showed the intermolecular force (van der Waals force, crosslinking) had a certain effect on the gelation rate, and explained the different gel initiation time. The longer the chain, the faster the gelation. The results of the rheological measurement showed the gel was composed of three- dimensional organic phase