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This 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).

The decoration of carbon nanotubes (CNTs) by metal nanoparticles (NPs) combines the advantages of a high specific surface material with catalytic properties of metal nanocrystals. Little work has been devoted to the decoration of CNTs with copper NPs, and no evidence of copper atomic decoration of CNTs has shown up until now. Herein, we demonstrate that the strong acidic oxidation of double-walled CNTs (dwCNTs) is very efficient for the decoration of the carbon surface by copper NPs and atoms. This treatment severely degraded the CNT walls and generated a large amount of disordered sp3 carbon. This amorphous carbon film bears many chemically active functions like carboxyl and hydroxyl ones. In such conditions, the CNT walls behave as very efficient ligands for the stabilization of copper obtained by the thermolysis of the mesityl precursor in organic solution under mild dihydrogen pressure. In addition to copper NPs, we evidenced the presence of a regular coverage with copper atoms over the dwCNTs. This nanocomposite catalyzes the quantitative synthesis of propargylamines via one A3-type coupling reaction. Five consecutive catalytic cycles with 100% yield could be performed with no loss of activity, and the combination of Cu supported on dwCNTs allows a facile recycling of the catalytic material.

International audience; We propose an innovative approach to minimize the greenhouse gas impacts of additive manufactured structures over their entire life cycle. The novelty of our method lies in its simultaneous optimization of material selection, process selection, and design optimization. To fully leverage the potential benefits of additive manufacturing, we use topology optimization and compile a comprehensive database of printed materials and printing processes, which we share with the wider community. To account for the complex interdependence between materials and processes, our method employs a pairing system, which we efficiently reduce using topology optimization properties and a generalized form of Ashby indices. To enhance computational efficiency, we employ a meta-model. We validate our proposed method through successful testing on an aeronautical case and a pedestrian bridge, demonstrating its robustness even in the presence of environmental data uncertainty. The optimal material-process pair for the aeronautical structure is the cobalt-based super-alloy with the LENS process. Despite this pair having the highest material and processing emissions, the resulting lighter part lowers the use phase emissions. It appears that precise mechanical data is needed for the method to give accurate results: a 20% drop of Young's modulus totally disrupts the material-process pair ranking.

Mountain freshwater ecosystems provide essential services to humanity, such as the provision of clean water, but are strongly affected by anthropogenic global change despite their apparent isolation. Benthic biofilms, communities of organisms living in a matrix adhering to submerged surfaces, have critical functions in mountain lakes: among others, they detoxify water and form the basis of food webs. However, their composition and biodiversity are still poorly understood. Also, in the Pyrenees, some amphibian populations are threatened by chytridiomycosis, an infectious disease caused by the zoosporic fungus Batrachochytrium dendrobatidis (Bd). Its epidemiology is not fully understood but may depend on biofilms, which are abundant in mountain lakes and form the food of tadpoles. Here, I had two main objectives: first, to study the spatio-temporal variations of biofilm microbial biodiversity; second, to investigate the potential role(s) of biofilms in the epidemiology of Bd infections. To do this, I performed a metataxonomic analysis of the prokaryotic and microeukaryotic assemblages of 230 biofilm samples collected from 2016 to 2020 in 26 Pyrenean mountain lakes. Combining this with Bd infection data from tadpoles sampled in the same lakes, I explored the links between the microbial composition of biofilms and the distribution, frequency and population impacts of Bd infections. In the laboratory, I also tested whether a biofilm could affect the free-living, infectious stage of Bd, the zoospore. My hypotheses were that the biodiversity of biofilms would decrease and their assemblages would change over the course of the study, that biofilms from lakes with less infected/impacted amphibian populations would contain more Bd antagonists than biofilms from other lakes, and that biofilms produced in the laboratory would not affect the number of zoospores unless they contained Bd consumers. The diversity in both prokaryotic and micro-eukaryotic biofilm assemblages decreased over the study period. Their compositions also changed over the five years, with an increase in cyanobacteria (possibly toxigenic organisms) in prokaryotes and a decrease in diatoms (indicator organisms) in micro-eukaryotes. Taken together, these results show that benthic biofilm communities are degrading with potentially negative implications for the entire aquatic ecosystem and water quality. In addition, I found that biofilms in lakes where amphibians are less infected and less impacted by Bd had a higher abundance of Bd-inhibiting or Bd-consuming organisms. Finally, I showed that biofilms, even when they do not contain Bd consumers but only a phototrophic alga, can affect Bd zoospores by inactivating them or forcing them to immobilise. My transdisciplinary research illustrates the interactions between environmental health and animal and public health. Contemporary environmental changes are deteriorating biofilms, the very basis of food webs in mountain lakes. This is likely to have profound cascading effects on mountain socio-ecosystems as a whole, such as a potential increase in the risk of Bd infection and chytridiomycosis for amphibians, and cyanotoxicosis for all vertebrates that frequent mountain lakes, including humans and livestock. If mountain freshwater ecosystems are to continue to provide services rather than disservices, the factors contributing to biofilm change will need to be rapidly identified and mitigated.

L'amélioration des outils d'ingénierie utilisés dans le design des dispositifs industriels de combustion est indispensable afin de respecter les demandes de plus en plus restrictives pour réduire les émissions de gaz à effets de serre. Parmi eux, la mécanique des fluides numériques (CFD) est devenue essentielle pour étudier et optimiser les chambres de combustion au cours des dernières décennies. Elle se complète parfaitement aux expériences réelles qui peuvent être très couteuses et avec lesquelles il est impossible d'obtenir des informations sur n'importe quelle quantité d'intérêt en tout point de la chambre de combustion. En utilisant les simulations aux grandes échelles (LES), la CFD décrit directement l'interaction entre les flammes et les structures turbulentes avec une faible modélisation. La qualité des résultats LES est ainsi très dépendante de la discrétisation utilisée incluant à la fois le maillage et également les propriétés de dissipation et de dispersion des méthodes numériques utilisées. Cependant, la plupart des codes LES employés de nos jours dans l'industrie utilisent des schémas de discrétisation spatiale de basordre (LO) à cause de leur faible coût de calcul et leur facilité d'implémentation sur des maillages complexes. Pourtant, les méthodes numériques d'ordres élevés (HO) pour la LES sont développées depuis deux décennies et ont été appliquées sur des écoulements non-réactifs amenant à des résultats plus précis que les méthodes LO avec un plus faible coût de calcul. Bien que les méthodes HO semblent très prometteuses en combustion, en particulier pour mieux décrire le front de flamme, leur utilisation pour des écoulements réactifs restent encore à être démontrée. Au cours de ces travaux, les avantages et les bénéfices des méthodes HO en combustion sont évalués en utilisant la méthode des Différences Spectrales (SD) avec du raffinement $hp$. Premièrement, il est démontré que la formulation originelle des SD est instable pour des écoulements multi-espèces avec des propriétés thermodynamiques variant avec la température et la composition. Il a été constaté que calculer les variables primitives aux points solutions puis de les extrapoler aux points flux, au lieu de faire l'inverse en extrapolant d'abord les variables conservatives, rend stable la méthode SD dans ce cas-ci. De plus, une nouvelle méthodologie, également plus stable pour calculer les flux diffusifs aux interfaces des cellules est détaillée. Enfin, les conditions aux limites caractéristiques et de murs ont été étendues aux écoulements multiespèces dans le formalisme SD. Avec ces développements, des flammes laminaires pré-mélangées 1D et 2D ont été simulées avec des mécanismes réduits à 2 réactions ou des mécanismes réduits analytiquement. Les résultats sont très proches de ceux obtenus avec des solveurs de référence bien établis en combustion. Il est montré que pour un même niveau d'erreur, il est plus efficace d'utiliser des maillages grossiers avec des grandes valeurs de $p$ et non l'inverse. Par conséquent, le raffinement local en $p$, qui applique des grandes valeurs de $p$ dans les régions d'intérêts seulement, permet de garder une bonne précision à un coût de calcul plus faible. Ceci est particulièrement intéressant pour des simulations de combustion où le front de flamme est très localisé et requiert une plus grande précision que le reste de l'écoulement. Il est également observé sur ces cas simples 1D et 2D que la méthode SD est moins sensible à la discrétisation du front de flamme que les solveurs volumes finis comme AVBP. Pour terminer, deux différentes configurations de flammes 3D turbulentes ont été simulées avec l'algorithme des SD étendu aux écoulements réactifs.

En élevage de ruminants allaitants, l’alimentation représente la très grande majorité des coûts d’élevage. De ce fait, l’efficience alimentaire, caractérisée par l’aptitude d’un animal à optimiser sa production par rapport à sa consommation alimentaire, s’est imposée comme un moyen de limiter les coûts d’élevage mais aussi les rejets polluants par une meilleure valorisation de la ration. Cependant, les déterminants de l’efficience alimentaire sont encore méconnus bien que des pistes aient été avancées, notamment concernant l’efficience digestive ou la partition des nutriments et de l’énergie entre différents tissus corporels et entre besoins d’entretien et besoins de production. Par ailleurs, tout porte à penser que ces déterminants sont variables selon les conditions d’élevage et en particulier selon la ration distribuée aux animaux. Dans ce contexte, l’objectif principal de cette thèse était d’explorer les mécanismes sous-jacents à l’efficience alimentaire, en particulier en lien avec la communauté microbienne ruminale et les produits issus de son activité. L’étude a été réalisée sur des agneaux mâles de race Romane issus de lignées divergentes obtenues par sélection génétique des animaux les plus efficients et les moins efficients sur la base de la consommation moyenne résiduelle. Au total, 277 agneaux, répartis sur trois années et issus des deuxième et troisième générations de sélection ont été phénotypés pendant 6 semaines sous un régime 100% concentrés (CONC) et parmi eux, 167 agneaux, extrêmes en termes d’efficience, ont par la suite été phénotypés sous un régime mixte (MIX). À l’issue de chaque phase, un échantillon de contenu ruminal et un échantillon de sang ont été collectés. La composition microbienne du rumen a été étudiée par séquençage des gènes codants pour l’ARNr 16S et l’ARNr 18S, respectivement pour les procaryotes et les eucaryotes et des analyses par chromatographie en phase gazeuse des échantillons ruminaux et par RMN des échantillons ruminaux et sanguins ont permis de doser les métabolites présents dans le rumen ou dans le plasma des agneaux. La première conclusion des travaux de cette thèse est, conformément à la littérature existante chez le bovin allaitant, une absence de corrélation entre l’efficience alimentaire phénotypique aux régimes CONC et MIX. Globalement aucune association n’a été démontrée entre les compositions microbiennes ou les métabolites ruminaux et l’efficience alimentaire quel que soit le régime. En particulier, aucune différence de profil en acides gras volatils n’a été observée entre lignées ou entre animaux phénotypiquement efficients ou inefficients. Par ailleurs, les genres procaryotes ou eucaryotes associés avec l’efficience alimentaire phénotypique différent entre les deux régimes et les associations entre genres microbiens et efficience alimentaire ne sont pas identiques entre les différentes années de prélèvements. Finalement, l’étude des métabolites plasmatiques, en tant que reflets du métabolisme de l’animal, a mis en évidence une concentration plus importante en citrate chez les animaux de la lignée efficiente quel que soit le régime, ainsi que chez les animaux phénotypiquement efficients au régime CONC. En revanche, les animaux inefficients avaient des concentrations plus importantes en acides aminés circulants. Cette découverte implique que la sélection génétique pour l’efficience alimentaire a pu avoir un effet sur le métabolisme du citrate et/ou des acides aminés et ouvre la porte à de nouvelles études ciblées sur les mécanismes métaboliques associés à l’efficience alimentaire comme l’efficacité de la chaîne de phosphorylation oxydative mitochondriale ou le turnover protéique.

International audience; Obsolescence is the fact that an entity (physical or logical) is becoming outdated or no longer possesses the required level of performance. The objectives of this article are twofold. First, it is intended to contribute to the understanding of obsolescence propagation. Secondly, two supporting approaches for the Identification and Assessment phases are proposed: the House of Obsolescence and the System Obsolescence Criticality Analysis. The former allows the mapping of obsolescence propagation via dependencies, whether imposed changes are desired or imposed, by external actors to the system architecture. Whereas, the objective of the latter is to assign an obsolescence criticality index to the identified risks in order to prioritize them for solution or mitigation determination during the analysis phase. The tools make extensive use of the modeled system knowledge through the application of Systems Engineering. The application of these approaches is presented through an illustrative study.

La culture du grenadier s’intensifie depuis une décennie en Occitanie à cause de la diversification vers des cultures résilientes au changement climatique. La production française est intégralement transformée en jus, générant d’importants volumes de co-produits (60 à 70 % du fruit frais). Cette étude présente l’évolution des teneurs des principaux composés à valeur ajoutée (polyphénols, lipides) des co-produits de grenades de la parcelle à leur extraction. Le système de culture (variété, conditions pédo-climatiques et traitement foliaire), la conservation des grenades (durée, température, humidité et immersion) et le conditionnement des co-produits (séchage et ensilage) affectent les polyphénols des péricarpes, et dans une moindre mesure les lipides des co-produits de pressage des graines. La teneur en polyphénols totaux des péricarpes est plus élevée pour la variété endémique Provence (294 mg eag/g ms) que pour les autres variétés étudiées (193 mg eag/g ms). Ces composés sont préservés par une conservation des fruits adaptée à la variété et par un séchage des co-produits à 40°C, qui permet de recouvrer 99 % des polyphénols totaux et 90 % de l’ellagitannin majoritaire, la punicalagine, par rapport à la lyophilisation. En revanche, l’acide ellagique s’accumule de façon plus importante dans la variété Valenciana conservée jusqu’à 8 semaines à 17 °C et plus de 92 % d’humidité (de 5 à 14 mg/g ms) et dans les péricarpes ensilés 4 à 6 semaines (de 3 à 25 mg/g ms). La fermentation spontanée multiplie aussi par deux le rendement en huile des co-produits de pressage des graines, de 10 à 19 %. Ce procédé préserve également le profil en acides gras, dominé par l’acide punicique (77 à 81 %). Sa teneur relative aux autres acides gras est cependant plus élevée dans les co-produits séchés directement (78 à 81 %). La durée de ce séchage peut être diminuée sans altérer la composition lipidique de 5 h en étuve ventilée à 30 min en sécheur à tapis à 100 °C.

L’objectif de ces travaux de thèse est d’améliorer nos connaissances sur les phénomènes d’interdiffusion dans les alliages métalliques en apportant des données quantitatives sur les phénomènes engendrés par l’effet Kirkendall (porosité, déformation) et dans un second temps à étudier l’effet de contraintes externes sur la diffusion. L’étude expérimentale, effectuée sur des alliages modèles d’un système à fort effet Kirkendall, Ni-Cr-Si, a consisté à analyser différents couples de diffusion à 1200°C. Ceux-ci ont été analysées quantitativement par le biais de différentes techniques de caractérisation (microscopies, tomographie X, corrélation d’images). Tous les résultats expérimentaux ont pu être comparés à des simulations 1D modélisant l’interdiffusion en prenant en compte explicitement les lacunes et leurs cinétiques d’élimination sur deux types de puits : dislocations et pores. L’étude a montré que la germination des pores n’est pas favorisée aux joints de grains et que l’annihilation des lacunes par la croissance de pores est un mécanisme plus efficace que par les montées de dislocations, que ces dernières soient situées en volume ou aux joints de grains. Les profils de concentration, la fraction volumique et la distribution des pores sont insensibles à la taille de grains à 1200°C. Les mesures de déformation par corrélation d’images sur la surface de couples de diffusion ont permis de montrer que la diffusion engendre des champs de déformation locaux selon la direction de diffusion et que la déformation est inexistante ou négligeable dans la direction normale à cet axe. La confrontation des résultats expérimentaux et des simulations a permis d’ajuster les paramètres liés à la force des puits dans la modélisation, pour les dislocations à l’aide des mesures de déformations et pour les pores à l’aide des mesures de porosité. Compte tenu des ordres de grandeurs attendus pour les densités de dislocations dans les alliages étudiés, les résultats suggèrent que seule la montée d’une partie des dislocations est activée lors de l’interdiffusion, en accord avec certains modèles de la littérature. Il est ainsi possible de relier la force des puits par montée de dislocations avec la description de la population de dislocations. En revanche, il n’a pas été possible d’établir de lien entre la force des puits par croissance de la porosité et une propriété du matériau considéré dans la modélisation. Enfin, l’étude de l’effet des contraintes externes de 25 MPa en compression uniaxiale (fluage) et de 326 MPa de pression hydrostatique sur la diffusivité a permis de montrer que les variations des coefficients d’interdiffusion existent mais qu’elles sont négligeables devant les incertitudes sur les valeurs des coefficients d’interdiffusion.

La valorisation de la biomasse végétale représente un enjeu environnemental et industriel considérable au regard de notre demande croissante en énergie renouvelable et en molécules d’intérêt pour l’industrie chimique. Accéder à cette ressource nécessite de déconstruire cette biomasse particulièrement récalcitrante de manière contrôlée. Cette étape reste à ce jour un verrou majeur au développement de procédés viable et économiquement pertinents. Dans la Nature, bactéries et champignons ont développé tout un panel d’enzymes à la modularité très variable, permettant de métaboliser les molécules carbonées présentes dans les parois végétales. Ce travail de thèse a pour ambition d’améliorer notre compréhension des mécanismes biochimiques et biophysiques mis en oeuvre lors de cette dégradation enzymatique de la biomasse végétale. Son originalité est d’étudier l’action enzymatique par l’utilisation de métrologies et techniques issues de l’étude des milieux poreux. Ces techniques sont particulièrement bien adaptées au type d’échantillons qui nous intéresse (paille de blé) et permettent ainsi de considérer la paroi végétale dans toute sa complexité (un milieu poreux complexe et tridimensionnel). Dans une première partie, nous montrons que la microtomographie à rayons X (μCT) permet le suivi temporel, en 3 dimensions, de la dégradation enzymatique d'une biomasse lignocellulosique modèle, la paille de blé. Grâce à un traitement des images 3D spécifique, développé au cours de la thèse, nous observons en particulier la disparition progressive de certaines parois cellulaires riches en cellulose, au fur et à mesure de l’attaque enzymatique. Dans un second temps, et dans le but de sonder les effets de l’action enzymatique à des échelles spatiales non résolues par la visualisation en μCT (inférieures au micron), nous avons effectué des expériences d’élution d’un traceur radio-opacifiant saturant initialement la paille de blé, notamment par un suivi en radiographie X. Un modèle simple de transport diffusif au sein de la paille est utilisé pour extraire un coefficient de diffusion effectif des traceurs au sein de la paille. Des résultats préliminaires sont obtenus pour différents types de traceurs, pour des échantillons natifs ou ayant subi une attaque enzymatique. En résumé, durant cette thèse nous nous sommes attelés à adapter des techniques et des méthodologies issues de l’étude des milieux poreux pour affiner notre compréhension des mécanismes mis en jeu lors de la dégradation de la paille de blé par des enzymes.

La résolution de problèmes de diffraction d’ondes en régime harmonique par des méthodes intégrales de frontière conduit à des systèmes linéaires pleins dont le stockage et la résolution efficaces sont encore des sujets d’actualité malgré les avancées significatives apportées par les méthodes FMM (Fast Multipole Method) et H-matrix. Cette thèse a pour objectif d’étudier un algorithme de compression matricielle encore peu utilisé dans ce contexte : la décomposition Quantized Tensor Train (QTT). Les matrices sont exprimées dans un format tensoriel, c’est-à-dire sous la forme d’un tableau multidimensionnel, et comprimées à l’aide d’une généralisation de la séparation des variables permettant un stockage parcimonieux et hiérarchique. Près de 2 à 3 ordres de grandeur de différence en mémoire peuvent être observés par rapport aux H-matrices et dans certains cas le stockage peut être estimé en O(N) ou en O(logN) (N étant le nombre de degrés de liberté). À travers des expériences numériques 2D et 3D en acoustique et en électromagnétisme, nous mettons en lumière les avantages et les limites de cette méthode. Son évaluation nous permet de proposer des techniques d’utilisation de QTT au service de l’accélération des solveurs H-matrix et FMM. En particulier nous montrons que, grâce à l’algorithme QTT, il est possible de construire des préconditionneurs efficaces et originaux pour traiter des problèmes de diffraction par des objets non canoniques telles des surfaces ouvertes exfoliées, rugueuses ou résonnantes.

SAFRAN Helicopter Engines has recently developed the spinning combustion technology in which the burnt gases from one injector travel tangentially along the combustor annulus towards the neighboring injectors. Compared to a conventional design, this arrangement modifies the ignition process, which is a critical phase for aeroengines. In addition to that, few ignition studies in literature feature actual aeronautical igniters. This thesis aims to numerically reproduce the kernel formation and flame propagation at conditions occurring in spinning combustion engines fitted with aeronautical igniters at relevant operating conditions. For this objective, the in-house code AVBP has been used together with models for the energy addition from the igniter, semi-detailed chemistry and a recent version of the thickened flame model using a generic sensor and a static and dynamic formulation for the subgrid chemistry-turbulence closure term. The results have been compared to experiments from partner laboratories and show that the Large-Eddy Simulation calculations are able to reproduce the kernel formation and propagation in spinning combustion technology engines. An average error of 10% in the time for complete chamber ignition was obtained when using a dynamic formulation of the subgrid chemistry-turbulence closure term. As a conclusion, this thesis gives further support to the use of LES as a tool for the design of combustion chamber systems in aircraft engines, in particular in novel configurations such as the spinning combustion technology.

La capacité de rallumage est un aspect critique de la conception des moteurs aéronautiques et les normes de sureté exigent l'allumage du moteur en conditions de haute altitude (basse pression : P = 0.3 bar et basse température : T = 233 K ). Ainsi, l'influence des conditions de basse pression et de basse temperature doit être mieux comprise. Pour cela, l'effet de ces conditions sur les phenomènes chimiques a tout d'abord été étudié en configurations purement gazeuses. Les résultats ont alors montré que les conditions sub-atmosphériques étaient désavantageuses à cause d'un ralentissement de la réactivité chimique et donc d'une réduction de la puissance dégagée. De plus, des simulations numériques directes ont été réalisées en utilisant une chimie ARC multi-composante ce qui a permis de comparer le développement des noyaux de flamme en fonction des conditions de pression et de température. Les résultats indiquent alors que les noyaux formés en condition de basse pression sont moins robustes aux phénomènes d'extinctions. D'autre part, l'influence des conditions de haute altitude sur le diphasique a aussi été évaluée. Premièrement, au niveau de l'injection de carburant, les données expérimentales disponibles ont montré que les basses pressions réduisent les processus d'atomisation ce qui conduit à la formation d'un spray composé de gouttes plus larges et moins nombreuses. Des simulations d'allumage diphasique ont alors été réalisées en prenant en compte la modification de la distribution de goutte induite par les conditions de haute altitude. Un changement complet du régime de combustion a alors été observé par rapport au cas gazeux. Pour finir, ce travail a permis de développer de nouvelles méthodes numériques qui ont pu être utilisées pour simuler l'allumage en condition réaliste de haute altitude dans le banc MERCATO. Ce calcul a mis en évidence le rôle critique des phénomènes diphasiques dans la formation et le développement du noyau. De plus, l'effet néfaste des basses pressions et des basses températures sur l'allumage a été retrouvé. The relight capability is a critical aspect of the aeronautical engine design and safety standards require the ignition of the engine under high altitude conditions (low pressure: P = 0.3 bar and low temperature: T = 233 K). Therefore the influence of low pressure and low temperature conditions on the ignition processes must be better understood. For this purpose, the effect of these conditions on the chemical phenomena has been first evaluated with purely gaseous configurations. The results have shown the detrimental effect of sub-atmospheric conditions via a slowing down of the chemical reactivity and thus a reduction of the power released. In addition, direct numerical simulations performed using a multi-component ARC chemistry enable to compare the kernel developments depending on the pressure and temperature conditions and indicate that low pressure kernels are less robust to extinction phenomena. On the other hand, the influences of high altitude conditions on the two-phase flow have also been evaluated. Firstly, at the fuel injection, the available experimental measurements have shown that low pressure reduces the atomization phenomenon resulting in a spray with larger and fewer droplets. Two-phase ignition simulations have thus been performed taking into account the different droplet distribution due to the high altitude conditions. A complete modification of the combustion regime has then been observed compared to the gaseous case. Finally, this work enables to develop new numerical methods which have been used to simulate the ignition under realistic high altitude conditions in the MERCATO configuration. This computation highlighted the critical role of the two-phase phenomena in the formation and development of the kernel. Furthermore, the detrimental effect of low pressure and low temperature on the ignition has been recovered once again.

L’installation ITER a pour finalité de démontrer la maîtrise de la production d’énergie par fusion thermonucléaire à partir d’un plasma de tritium-deutérium, deux isotopes de l’hydrogène. La réaction de fusion est produite dans une chambre à vide autour de laquelle des aimants supraconducteurs permettent de confiner le plasma. Le tritium étant radioactif, du point de vue de l’analyse de sûreté, il est nécessaire d’étudier ses interactions avec les différents matériaux constitutifs de la chambre à vide. En l’occurrence, la première paroi de la chambre à vide est en béryllium, matériaux choisis pour sa faible absorption du tritium et sa grande affinité vis-à-vis de l’oxygène permettant de purifier la chambre vide. L’étude de l’interaction du tritium avec le béryllium va permettre d’évaluer l’efficacité des méthodes mises en place par l’exploitant afin de quantifier l’inventaire en tritium dans la chambre, les méthodes d’étuvage de la première paroi pour la désorption du tritium et minimiser les rejets dans l’environnement en cas de perte de confinement de la chambre à vide. De précédant travaux ont permis d’analyser l’interaction du tritium avec le béryllium et ses défauts intrinsèques, ce travail a donc pour but d’étendre l’étude aux défauts plus complexes. Le béryllium en s’associant à l’oxygène va former de l’oxyde de béryllium. En fonctionnement normal, il va donc se former une couche d’oxyde de béryllium au niveau de la paroi en béryllium. La compréhension de l’interaction du tritium avec la première paroi passe donc également par la compréhension du comportement du tritium avec l’oxyde de béryllium. Une première partie de ce travail de thèse est donc consacrée à l’évaluation de la solubilité et de la diffusivité du tritium dans l’oxyde de béryllium. La première paroi étant formée de béryllium polycristallin, la seconde partie est donc consacrée à l’étude des joints de grain, interface entre deux cristaux. Le nombre de configurations possibles pour les joints de grain étant très important, il est nécessaire dans un premier temps de modéliser les différents joints de grains du béryllium pour déterminer ceux qui sont énergétiquement les plus favorables. Pour ensuite pouvoir y étudier la ségrégation du tritium, en l’occurrence déterminer si ces joints de grain peuvent avoir un effet de type "chemin de fuite" augmentant ainsi la diffusion, ou de type "réservoir" formant des poches qui piègent le tritium.

La capture du CO2 présent dans le gaz naturel ou les effluents industriels est un enjeu économique et écologique majeur. Elle est conventionnellement réalisée par absorption réactive du gaz dans un solvant (solution aqueuse basique). Afin de répondre à une demande croissante en énergie, il est nécessaire d’améliorer les procédés de traitement par le biais de nouvelles technologies ou de nouveaux solvants. Ces solvants, après validation à l’échelle du laboratoire, doivent être entièrement caractérisés pour simuler les performances du procédé industriel. Cette thèse s’est donc orientée sur le développement d’un pilote instrumenté, basé sur un milli-canal vertical parcouru par les phases gaz et liquide à étudier selon l’écoulement dit de Taylor, car son hydrodynamique contrôlée et les coefficients d’échange de masse élevés associés en font un outil avantageux de caractérisation thermodynamique et cinétique de nouveaux solvants pour l’absorption du gaz acide. Il s’agit donc de caractériser les écoulements ainsi que les cinétiques de transferts et réactionnelles s’opérant au sein du canal, et ce pour un solvant d’intérêt pour l’industriel partenaire, la N-méthyldiéthanolamine (MDEA) en solution aqueuse. Avant d’aborder ce système, des études expérimentales sont réalisées pour évaluer séparément les coefficients de transfert de matière côté liquide (kL) et coté gaz (kG). En effet, la solubilité élevée du CO2 pouvant conduire à un effet non négligeable de la résistance côté gaz, cette contribution a dû être évaluée spécifiquement, car la littérature sur les écoulements de Taylor ne donne quasiment aucune information à ce sujet. Les études sont menées à l’échelle d’un canal de diamètre interne 2 mm, avec une injection des phases à co-courant ascendant. Les expériences sont réalisées à températures modérées (

Dans un Réacteur à Eau Pressurisée (REP), la chaleur dégagée par le combustible nucléaire est transférée à l’eau du circuit primaire, pressurisée à 150 bars pour éviter son ébullition. Cependant, en situation accidentelle, elle peut entrer en régime d’ébullition nucléée pouvant s’intensifier jusqu’à atteindre la crise d’ébullition. Ce point de transition quasi instantané entre l’ébullition nucléée et l’ébullition en film entraîne la formation d’une couche de vapeur stable sur les crayons combustible, associée à une forte augmentation de leur température pariétale créant un risque de rupture de leur gaine. La prédiction du flux critique (flux de chaleur auquel se produit la crise d’ébullition) représente donc un enjeu de sûreté majeur et est actuellement réalisée à l’aide de corrélations expérimentales spécifiques à une configuration, n’incluant pas de représentation fine de la physique de l’ébullition. Cette thèse s’intéresse à la modélisation de la physique de l’ébullition à l’échelle locale dite « CFD » (Computational Fluid Dynamics), à laquelle il est possible de réaliser des simulations d’écoulements bouillants avec une discrétisation spatiale de l’ordre du millimètre. Le code maison NEPTUNE_CFD, proposant une description eulérienne des écoulements multiphasiques à changement de phase, est l’outil de référence de EDF R&D pour enquêter sur ces problématiques aux échelles locales. Dans un premier temps, des simulations d’écoulements bouillants convectifs en tube vertical sont réalisées avec NEPTUNE_CFD. Des comparaisons avec l’expérience DEBORA (écoulement bouillant de réfrigérant R12 en similitude REP sur plusieurs adimensionnels) ont permis une évaluation du code dans des conditions similaires au cas industriel. Les résultats obtenus sont globalement en accord avec l’expérience, mais présentent des écarts notables sur le diamètre des bulles et la température paroi. Cette dernière est calculée au travers du modèle d’ébullition en paroi de NEPTUNE_CFD dit à « Partition du Flux Pariétal » (Heat Flux Partitioning), où le flux appliqué est découpé entre plusieurs mécanismes de transfert de chaleur (convection, évaporation, conduction instationnaire, etc.). Le cœur des travaux de thèse a alors consisté en la construction d’un nouveau modèle de Partition du Flux, avec objectif une prise en compte plus fine de la phénoménologie de l’ébullition en considérant notamment le glissement des bulles. Une modélisation de la dynamique des bulles en paroi a été développée par une approche mécaniste décrivant les forces appliquées sur la bulle. Les formulations de certaines forces (masse ajoutée, traînée, etc.) ont été réévaluées et permettent une prédiction satisfaisante des diamètres de détachement et des vitesses de glissement à basse et haute pression. Le modèle de Partition du Flux a été complété par une évaluation des nombreuses lois de fermetures requises (temps d’attente, densité de sites de nucléation, etc.) par comparaison avec des mesures expérimentales tirées de la littérature. Le nouveau modèle ainsi développé a ensuite été validé par comparaison avec des mesures de température de paroi et implémenté dans NEPTUNE_CFD. La prédiction du flux critique s’ancre en perspective de ces développements. Des observations expérimentales récentes décrivent la crise d’ébullition à l’aide de paramètres physiques inclus dans le modèle de Partition du Flux. Un critère basé sur la proportion de surface occupée par les bulles a été testé avec l’ancien modèle de NEPTUNE_CFD et semble proposer un comportement qualitativement cohérent. Enfin, on s’intéresse à une configuration de type tube avec des ailettes de mélange similaires à celles présentes en cœur de REP. Les simulations NEPTUNE_CFD montrent des écarts significatifs à l’expérience sur la prédiction du taux de vide à coeur. Des simulations monophasiques montrent une surestimation de la rotation du liquide, pouvant expliquer la trop grande accumulation de vapeur dans le cas bouillant.

L’offre de soins de santé par les vétérinaires consiste en un ensemble d'activités assurant le bien-être des animaux. Elle contribue également à la lutte contre les maladies infectieuses et à la sécurité alimentaire. En pratique générale, la plupart des activités génèrent des revenus pour les vétérinaires, notamment les actes (consultations, chirurgie, etc.) et les ventes (médicaments, aliments pour animaux de compagnie, etc.). Dans un contexte de croissance rapide du marché de la santé des animaux de compagnie, la question de la profitabilité économique des activités vétérinaires se pose. En effet, au-delà d'un certain seuil, les vétérinaires peuvent être tentés de délaisser les actes relatifs aux animaux d'élevage pour se concentrer sur les actes relatifs aux animaux de compagnie, généralement reconnus comme plus profitables et plus attractifs pour les nouvelles générations de vétérinaires. Les actes sont réalisés à des tarifs permettant une profitabilité nette limitée voire négative dans certains cas extrêmes. La délivrance de médicament permet de compenser la profitabilité. L’arrêt des remises arrières sur les antibiotiques et l’évolution des négociations entre praticiens et laboratoires pharmaceutiques influencent probablement les recettes réellement dégagées par la délivrance des médicaments, mais cette relation reste mal quantifiée. Ce manuscrit contribue à mieux décrire comment la diversité des activités vétérinaires conduit à la diversité des modèles économiques. L'analyse est proposée sous trois axes, correspondant à trois approches différentes, et aux trois chapitres de résultats. Les résultats de ces études montrent que le temps de travail est un élément clé de la profitabilité économique des actes vétérinaires ; certains actes prennent plus de temps que d’autres (chirurgie et suivi d’élevage par exemple), ainsi que les ressources requises pour chaque acte sont différentes (frais de déplacement pour le suivi d’élevage, coûts du bâtiment et des assistants pour les consultations canines…). La performance économique représentée par le chiffre d'affaires des structures vétérinaires échantillonnés est principalement associé et augmenté par (i) le nombre d'heures d’ouverture des structures, (ii) le nombre d'associés et de salariés au sein de la structure, (iii) la surface de la structure, et (iv) le pourcentage d'actes canins. Le temps passé sur chaque activité différait entre les vétérinaires et est positivement associé au statut des vétérinaires, et au niveau d’expérience. L’arrêt des remises arrières sur les antibiotiques affecte les prix auxquels les vétérinaires s’approvisionnent sur le marché de médicaments et modifie les pratiques des structures vétérinaires. Les résultats de cette thèse offrent la possibilité de concevoir les éléments clés de profitabilité économique des structures vétérinaires et peuvent aider à la prise de décision pour la gestion des structures vétérinaires.

L’îlot de chaleur urbain (ICU), qui caractérise le différentiel de température entre un environnement urbain et le milieu rural environnant, est un phénomène météorologique à fort enjeu. Plus de la moitié de la population mondiale vit en ville où elle cohabite avec une biodiversité particulièrement vulnérable. En contexte de changement climatique, les vagues de chaleur deviennent plus fréquentes, leur durée et leur intensité augmentent. La hausse des températures due au milieu urbain s’ajoute à l’élévation de la température globale et accroît la vulnérabilité des citadins au stress thermique. L’observation de la température de l’air est essentielle pour faire avancer la recherche sur l’ICU, améliorer les prévisions numériques du temps en milieu urbain et éclairer les acteurs de l’aménagement qui souhaitent déployer des dispositifs d’atténuation. Or l’installation de réseaux de mesure urbains denses est coûteuse et la plupart des villes n’ont pas accès à l’observation fine échelle sur leur territoire. L’objectif de cette thèse est de montrer l’apport de données opportunes issues de stations météorologiques amateurs et de véhicules connectés, omniprésents en ville. Une méthodologie statistique qui fusionne ces mesures opportunes permet de produire une analyse fine échelle de l’ICU. En s’appuyant sur les réseaux professionnels des villes laboratoires de Dijon et Rennes, nous avons analysé chacune des deux sources de données pour mieux comprendre les causes des erreurs de mesure. Même si les observations opportunes sont particulièrement sujettes aux erreurs, des traitements proposés dans cette thèse permettent de les nettoyer efficacement afin d’en tirer un signal de qualité. Un modèle bayésien hiérarchique inféré avec l’approche INLA-SPDE est ensuite développé pour spatialiser les mesures opportunes et ainsi obtenir des cartes de l’ICU à pas de temps horaire et résolution hectométrique. Les cartographies obtenues sur Dijon sont cohérentes avec le réseau de référence et la racine de l’erreur quadratique moyenne est inférieure à 1°C. Ces résultats ouvrent la voie à de nouvelles perspectives en terme de recherche, par exemple pour l’évaluation de simulations des modèles de ville, mais aussi pour la constitution d’observations spatialisées utilisables en post-traitement des sorties de la prévision numérique du temps. Les cartographies permettront aussi d’éclairer les acteurs de l’aménagement urbain au regard de la problématique de l’ICU.

Développer des brûleurs alimentés à l’hydrogène qui répondent aux conditions strictes des turbines à gaz équipant les moteurs d’avions à réaction est un défi. Dans ce travail, un concept d’injecteur coaxial à double swirl est étudié dans une chambre de combustion opérant à pression atmosphérique. La structure de l’écoulement, le mélange, la stabilisation de la flamme et les émissions polluantes sont étudiés. Cet injecteur coaxial fonctionne avec de l’hydrogène injecté dans un tube central et avec de l’air ou un mélange CH4/air dans le canal annulaire. Pour un niveau de swirl fixé dans le canal annulaire, le niveau de swirl dans l’injecteur d’hydrogène, la distance de retrait de l’injecteur d’hydrogène par rapport au fond de chambre de combustion et la vitesse d’injection d’hydrogène sont les principaux paramètres contrôlant la stabilisation de flamme. Conférer un swirl à l’écoulement d’hydrogène est une condition nécessaire pour décrocher les flammes H2/air des lèvres de l’injecteur. Une petite distance de retrait de l’injecteur d’hydrogène améliore considérablement l’intervalle des conditions de fonctionnement pour lesquelles la flamme est stabilisée aérodynamiquement. Les mesures de vitesse par Vélocimétrie par Image de Particules (PIV) indiquent que le jet central d’hydrogène swirlé se détend radialement dès sa sortie de l’injecteur, coupant la zone de faible vitesse dans le sillage des lèvres de l’injecteur, expliquant la nécessité du swirl interne pour détacher la flamme. La diffusion Raman est utilisée pour déduire les profils de concentration de gaz à la sortie du brûleur. Conférer un swirl à l’écoulement d’hydrogène améliore considérablement le mélange dans les premiers millimètres après la sortie de l’injecteur central d’hydrogène. L’augmentation de la distance de retrait de l’injecteur d’hydrogène favorise un prémélange partiel avant la combustion. Le rapport de vitesse entre les écoulements central et annulaire et l’angle du jet central contrôlent l’état du mélange. Un modèle de bas ordre est développé avec un paramètre de progression du mélange valide pour un grand nombre de conditions de fonctionnement. Dans des conditions réactives, les mesures PIV montrent que la dilatation thermique du gaz à travers la flamme augmente considérablement l’angle d’expansion du jet swirlé conduisant à des vitesses de recirculation plus faibles. Lorsque la flamme est attachée aux lèvres de l’injecteur, la présence d’un dégagement de chaleur dès la sortie de l’injecteur central entraîne une diminution du diamètre de la zone centrale de recirculation en sortie de l’injecteur annulaire. Les conditions aux limites thermiques le long de la chambre de combustion, les températures des gaz en plusieurs points dans l’écoulement et les émissions de polluants sont également analysées. Les émissions de NOx diminuent lorsque la flamme est détachée du fait d’un meilleur mélange consécutif à l’augmentation de la distance entre la sortie d’injection d’hydrogène et la flamme. Les émissions de NOx chutent avec la richesse globale et pour des puissances thermiques accrues. Une loi d’échelle basée sur la température adiabatique de flamme et le temps de séjour des gaz brûlés dans la chambre de combustion permet de réduire les données pour les flammes détachées. Enfin, un modèle prédictif basé sur une vitesse de déplacement de l’extrémité de la flamme est développé pour décrire les mécanismes physiques conduisant au réattachement de la flamme. Il considère que, pour une flamme initialement détachée, s’il existe une zone de mélange inflammable avec des vitesses inférieures à la vitesse de flamme triple, depuis l’extrémité de la flamme jusqu’aux lèvres de l’injecteur, la flamme se réattachera à l’injecteur. Avec un ensemble limité de données expérimentales acquises dans des conditions d’écoulement à froid, ce modèle est capable de prédire la transition de réattachement des flammes détachées pour toutes les conditions de fonctionnement explorés.

Dans les zones urbaines, la disponibilité de l’eau potable repose souvent sur des systèmes de distribution complexes, dont la dynamique est encore mal comprise. La supervision des réseaux, qui s’inscrit dans le prolongement des projets de "smart city", offre de nouvelles possibilités de gestion des réseaux de distribution d’eau (RDE). Certaines technologies, comme le (SCADA), permettent déjà un contrôle et une régulation des réseaux en quasi temps réel, tandis que des techniques efficaces de gestion de la pression sont développées quotidiennement pour moderniser les installations. Ces techniques, bien qu’elles soient économiquement et opérationnellement viables, ne fournissent pas une description complète de la dynamique rapide des réseaux. Les régimes transitoires rapides, aussi incompris que dangereux, sont restés durant des décennies en marge de considérations opérationnelles. Cependant, avec la rareté des ressources et le besoin d’une gestion efficace de nos actifs vieillissants, la caractérisation des phénomènes transitoires rapides redevient un sujet d’importance. Le coup de bélier, ou la propagation d’ondes de pression émanant d’une variation de débit, peut ainsi être étudié du point de vue de la gestion patrimoniale, c.-à-d. la résilience du réseau face aux surpressions répétées, et/ou du point de vue opérationnel, c.-àd. l’analyse de la rétropropagation des fronts d’ondes pour trouver leur générateur. Cette thèse se concentre sur le développement de modèles théoriques et numériques pour l’étude du comportement transitoire des réseaux d’eau potable par : (i) l’analyse temporelle des ondes de coup de bélier via la théorie des opérateurs, (ii) une analyse asymptotique détaillée des Interactions Fluide Structure (IFS) se produisant dans les conduites élastiques, (iii) l’extension du cadre IFS élastique aux conduites viscoélastiques, (iv) une étude numérique complète des modèles d’amortissement visqueux actuellement utilisés dans les logiciels commerciaux ou open-source par la méthode des caractéristiques, et (v) la constitution d’une nouvelle méthode de rétropropagation du premier front d’onde pour la localisation d’anomalies sur réseau. Chacun de ces points est développé dans cette étude et a conduit à plusieurs articles scientifiques également inclus dans le document. La nouveauté et la pertinence de la méthode de détection par rétropropagation des fronts d’ondes doit être soulignée pour sa conceptuelle simplicité, son efficacité numérique et sa fiabilité à géolocaliser des anomalies dans le réseau d’eau potable de Toulouse.

Ces travaux de recherche se concentrent sur la préparation et la caractérisation de catalyseurs comprenant des atomes isolés (SAs) et des nanoparticules (NPs) métalliques et sur l’étude de leur coopérativité dans des réactions d’hydrogénation sélective. Le chapitre 1 correspond à une étude bibliographique sur les résultats obtenus expérimentalement et en modélisation en hydrogénations sélectives sur des catalyseurs à base de : i) clusters ; ii) SAs ; et iii) mélange de SAs et NPs. Une catalyse coopérative entre SAs et NPs métalliques faisant intervenir le spillover d’hydrogène a été proposé dans la littérature. Dans le chapitre 2, nous avons étudié expérimentalement et par modélisation le spillover d’hydrogène sur des catalyseurs au palladium supporté sur nanotubes de carbone (CNTs). Cette étude nous a permis de démontrer que certains groupes oxygénés de surface du support, ainsi que la présence d’eau facilitent le spillover d'hydrogène sur les supports carbonés. Le chapitre 3 détaille la préparation et la caractérisation d’une série de 5 catalyseurs 1,2 %Pd/CNT présentant des rapports PdSA/PdNP différents allant de 3 à 108. Ces catalyseurs ont été caractérisés par HAADF-STEM, XPS et EXAFS. Par la suite, nous avons appliqué ces catalyseurs en hydrogénation sélective du phénylacétylène en styrène, constatant une activité optimale sur le catalyseur Pd/CNT ayant un rapport PdSA/PdNP = 11 et une meilleure sélectivité sur le catalyseur présentant le plus d’atomes isolés (PdSA/PdNP = 108). Nous avons testé les catalyseurs ayant des rapports PdSA/PdNP de 40 et 108 dans un réacteur en flux, où ces catalyseurs ont montré une excellente stabilité. Des calculs DFT ont été réalisés afin de rationaliser les résultats obtenus. Dans le chapitre 4, grâce à une étude combinant expérience et théorie, nous avons pu fournir des explications sur l’influence de la structure caractéristique de catalyseurs RuSAMNP (où M = Ru, Pd, Ni) pour l’hydrogénation sélective du cinnamaldéhyde (CAL) en hydrocinnamaldéhyde. Le dépôt de Ni sur un catalyseur RuSA/CNT conduit à un système de type cocktail où l’on distingue deux espèces de Ru différentes : a) des atomes isolés de Ru (RuSA) ; et b) des RuSA associés aux NiNP (RuSA@NiNP). Des calculs théoriques ont démontré que thermodynamiquement, le spillover d’H2 des NiNP vers les RuSA peut fonctionner. Lors de l’hydrogénation du CAL, le catalyseur RuSANiNP/CNT a montré de meilleures performances par rapport aux catalyseurs RuSA/CNT et NiNP/CNT. De plus, dans un réacteur en flux, ce catalyseur a montré une excellente stabilité et des performances prometteuses à l’échelle du laboratoire. Les différents mécanismes possibles lors de l’hydrogénation du CAL ont été étudiés par DFT afin de rationaliser les résultats obtenus ; ce qui a permis de mettre en évidence l’importance des espèces RuSA@NiNP pour l’hydrogénation sélective du CAL. Enfin, dans le chapitre 5, nous avons étudié l’influence du dopage du support carbone (CNTs) lors de la réduction/hydrogénation sélective du 4-nitrophénol (4-NP) en 4-aminophénol lorsque les CNTs sont utilisés soit comme carbo-catalyseur sans métal, soit comme support de catalyseurs au Pd. Le dopage avec des hétéroatomes tels que O, S et N a un impact sur le rapport PdSA/PdNP et le catalyseur Pd/N-CNT présente le rapport PdSA/PdNP le plus élevé (PdSA/PdNP = 11). Seuls les N-CNTs ont montré une activité lors de la réduction du 4-NP avec NaBH4 et aucun des supports ne fonctionne en hydrogénation du 4-NP sous H2. Après dépôt de Pd, l’activité catalytique a pu être corrélé avec différents paramètres comme le rapport PdSA/PdNP, ou encore le spillover d’H2. Nous avons mis en évidence que le catalyseur optimal pour la réduction du 4-NP avec NaBH4 était le Pd/O-CNT et que pour l’hydrogénation du 4-NP sous H2, il s’agissait du catalyseur Pd/N-CNT. Une explication a été proposée pour rationaliser ces résultats.

L'imagerie médicale ne cesse de profiter des progrès technologiques et scientifiques. Elle permet d’explorer le corps humain sans examens intrusifs et d'opérer avec grande précision. La mise en avant des innovations technologies durant ces dernières années a favorisé l’émergence de nouvelles techniques pour l’aide au diagnostic. Pour des fins de précisions, le diagnostic peut être réalisé aujourd’hui sur des séries longitudinales d’images. Durant ces années de thèse, trois contributions ont été proposées : Nous avons présenté une méthode de pronostic Covid-19 basée sur des architectures d'apprentissage en profondeur. La méthode proposée est basée sur la combinaison d'un réseau de neurones convolutifs et récurrents pour classifier des images radiographiques thoraciques multi-temporelles et prédire l'évolution de la pathologie pulmonaire observée. L’un des principaux défis dans les méthodes d’apprentissage est l’optimisation des poids du réseau. Dans ce contexte, nous avons développé une nouvelle méthode d'optimisation bayésienne permettant d'ajuster les poids des réseaux de neurones artificiels parcimonieux. La méthode proposée repose sur la dynamique hamiltonienne avec des régularisations non lisses. Par la suite, nous étendons dans la troisième contribution le schéma d’optimisation en proposant une fonction d’activation entraînable à l’aide des Chaîne de Markov Monte Carlo.

La surveillance du manteau neigeux, la prévision de son évolution et l'estimation du risque d'avalanche qui en découle font partie des missions de Météo-France. L'hétérogénéité des montagnes induite par le relief rend la prévision nivo-météorologique de ces territoires particulièrement difficile. A cela s'ajoute une forte demande sociétale de disposer de prévisions fiables de l'enneigement et du risque d'avalanche avec un niveau d'exigence sans cesse en accroissement tant sur la qualité des prévisions que sur leur forme et leur étendue géographique. La mise à disposition aux prévisionnistes nivologues et aux autres acteurs de montagne d'observation systématique sur l'activité avalancheuse permettrait une meilleure qualification des situations prévues par rapport aux événements passés et contribuerait à l'amélioration de la gestion du risque avalancheux. La localisation et l'estimation de taille des dépôts d'avalanches sont d'une grande importance pour les études de stabilité du manteau neigeux. Les avancées en matière de télédétection spatiale offrent la possibilité aux chercheurs et acteurs de montagne de suivre au plus près l'évolution du manteau neigeux. Dans cette thèse, nous exploitons les données d'observations satellitaires de Sentinel-1 couvrant l'intégralité des Alpes pour détecter les zones de débris avalancheux et pour suivre l'évolution de l'activité avalancheuse à l'échelle d'une région d'intérêt. Une méthode est développée permettant de détecter automatiquement les zones de débris d'avalanche de neige en utilisant une technique de segmentation novatrices des images Sentinel-1. Plusieurs autres développements algorithmiques sont menés pour améliorer les détections impliquant des méthodes de filtrage de fausses détection et de classification pour passer d'un ensemble de pixels avalancheux à un événement avalancheux. Les estimations de débris sont étudiées et leurs dépendances selon la direction de l'orbite, les caractéristiques du terrain (pente, altitude, orientation) examinées. La méthode de détection est également évaluée avec succès à l'aide d'une base de données indépendante issues d’identifications de débris d’avalanches sur une image optique de haute résolution. Par la suite, nous dérivons des indicateurs spatialisés à l'échelle des massifs de l'activité avalancheuses. Il s'agit de lignes de débris d'avalanches estimées par pente et par bandes d'altitudes. Ces indicateurs sont comparés à des données d'observations in-situ. Ce travail de thèse permet le développement de nouveaux produits à valeur ajoutée et est l'occasion d'initier une réflexion sur les besoins pour la prévision du risque d'avalanche et notamment le besoin de disposer d'indicateurs « synthétisables » sur des fenêtres temporelles d'intérêts (hebdomadaire, mensuelle, saisonnière) à des échelles allant de l'échelle locale (de l'événement) à l'échelle du massif.

Les biofilms électroactifs (EABs) multi-espèces sont capables d'échanger des électrons avec la surface d'une électrode. Les EABs sont principalement utilisés dans les systèmes bioélectrochimiques (BES), où la production d'électricité est difficile à maintenir à long terme. En général, l'électroactivité des EABs atteint un maximum (Jmax) qui diminue progressivement après quelques dizaines de jours de fonctionnement du BES. Dans ce contexte, l'utilisation typique de macroélectrodes pour tester les hypothèses liées à la perte d'électroactivité des EABs rend difficile la fixation et le contrôle de conditions homogènes, couplées à des techniques d'analyses destructives ponctuelles, où l'évolution spatio-temporelle des EABs est clairement perdue. La première partie de cette thèse a été consacrée au travail avec des microélectrodes (∅=50µm) en acier inoxydable (SS), afin d'assurer des conditions expérimentales plus homogènes à la surface de l'électrode. Dans un premier temps, la formation des EABs provenant des marais salants sur les microélectrodes a été standardisée, où l'électroactivité distinctive observée dans les macroélectrodes a été reproduite avec succès. Par la suite, quatre étapes temporelles principales de la biocolonisation et de l'électroactivité ont été détaillées. Une viabilité élevée, des taux de croissance maximaux du biofilm et une quantité importante de protéines de substances polymériques extracellulaires (EPS) ont favorisé l'augmentation de l'électroactivité jusqu'à Jmax. Ensuite, le déclin progressif de l'électroactivité est devenu irréversible, alors que la vitesse de croissance du biofilm à diminué avec l'accumulation de cellules mortes et l'augmentation de la quantité de polysaccharides d’EPS. En outre, la population microbienne des EABs a évolué de Marinobacterium spp. à Desulfuromonas spp. Enfin, d'autres études portant sur le rôle de l'EPS dans l'électroactivité des EABs ont montré une quantité constamment élevée de protéines d'EPS et une faible proportion de polysaccharides d'EPS lorsque l'électroactivité a été augmentée. La deuxième partie de cette thèse s'est focalisée sur le développement d'une microBES transparente (V=0.3 mL) avec une microélectrode intégrée en SS, pour l'observation in situ et en temps réel des interfaces microélectrode/EAB et EAB/cellules planctoniques. La dynamique de la formation du biofilm a été corrélée à l'électroactivité du EAB, où la découverte d'une couche dense active de bactéries planctoniques à proximité de l'interface microélectrode/EAB ouvre de nouvelles voies de recherche sur la formation du biofilm et les mécanismes de transfert d'électrons.

La culture d’Isatis tinctoria fut très importante en Europe, au Moyen-Âge, pour sa production de pigment indigo, très prisé par les teinturiers. En Occitanie, l’intérêt pour les molécules d’origine naturelle et le caractère emblématique du pastel a permis de faire perdurer sa culture localement. Toutefois, le rendement de cette production demeure instable et la qualité du pigment mal maitrisée. C’est dans ce contexte qu’un projet de recherche visant à améliorer la quantité et la qualité du pigment bleu contenant l’indigo à partir des feuilles de Pastel a été mis en place. Au cours de ce projet, nous nous sommes intéressés aux principaux précurseurs de l’indigo dans le Pastel, l’isatan A et l’isatan B. Ces composés très instables ont été identifiés par UHPLC-HRMS afin d’établir un suivi régulier de leur teneur dans la plante au cours de l’année. Ces analyses ont montré la présence de précurseurs dans les feuilles tout au long de l’année et leur relative stabilité dans les feuilles jusqu’à trois jours après leur récolte. Leur réactivité dans les conditions de production a également été étudiée avec pour l’objectif de mieux comprendre leur conversation en indigo. En parallèle, plus d’une quarantaine de pigments ont été produits à partir de feuilles de Pastel. Les paramètres de production du pigment ont été optimisés afin d’améliorer le rendement en pigment et sa teneur en indigo, ce qui a conduit à un essai de production à l’échelle industrielle. Également, une méthode de dosage de l’indigo a été développée et appliquée à l’ensemble des pigments produits, afin d’évaluer plus précisément leur teneur en indigo. Ces travaux ont permis une meilleure compréhension de la réactivité des précurseurs, ainsi qu’une optimisation de leurs conditions d’extraction pour la production de l’indigo. S’il est possible de produire du pigment toute l’année à partir de feuilles fraiches, en revanche, la production demeure inconstante et peu reproductible, et ne semble donc pas uniquement conditionnée à la teneur en précurseurs et aux conditions d’extraction. Des mécanismes enzymatiques impliquant des enzymes foliaires végétales ou microbiennes, difficiles à maitriser, sont très probablement impliqués dans le processus de conversion des précurseurs en indigo.

International audience; With the increasing availability of data for Prognostics and Health Management (PHM), Deep Learning (DL) techniques are now the subject of considerable attention for this application, often achieving more accurate Remaining Useful Life (RUL) predictions. However, one of the major challenges for DL techniques resides in the difficulty of obtaininglarge amounts of labelled data on industrial systems. To overcome this lack of labelled data, an emerging learning technique is considered in our work: Self-Supervised Learning, a sub-category of unsupervised learning approaches. This paper aims to investigate whether pre-training DL models in a self-supervised way on unlabelled sensors data can be useful for RUL estimation with only Few-Shots Learning, i.e. with scarce labelled data. In this research, a fatigue damage prognostics problem is addressed, through the estimation of the RUL of aluminum alloy panels (typical of aerospace structures) subject to fatigue cracks from strain gauge data. Synthetic datasets composed of strain data are used allowing to extensively investigate the influence of the dataset size on the predictive performance. Results show that the self-supervised pre-trained models are able to significantly outperform the non-pre-trained models in downstream RUL prediction task, and with less computational expense, showing promising results in prognostic tasks when only limited labelled data is available.

The Selective Laser Melting (SLM) process has been progressively endorsed as an industrial manufacturing technique to produce high value-added components. However, one of the main obstacles to its wide application is the uncertainty regard- ing the successful completion of the manufacturing process. Mechanical stresses are generated and accumulated during the process, which may lead to the parts warping and cracking. Support structures may also detach from the part but it is not certain that these cracks conduct to the manufacturing failure. The process simulations currently available do not consider the cracking of the supports and the ongoing part’s deflection. The aim of this study is to investigate cone supports fracture behaviour comparing the results from a numerical model and the manufacturing of an industrial part. A model using 1D-beam elements to mesh the supports has been developed to consider the damage of the supports, their breakage and the ongoing deflection. Some numerical convergence issues are identified and solutions are proposed. Specific experimental set-ups are developed to characterise the behaviour of the supports individually and as a group. Significant improvements are denoted while injecting the measured characteristics within the model. Some key parameters of the supports damage behaviour are identified. It is shown that the supports mechanical characteristics are significantly different from the parts due to their manufacturing conditions and environment. Also, limitations regarding the characterisation of the supports as well as strong numerical convergence issues brought by multiple supports cracking are discussed.

Earth observation through satellite images is crucial to help economic activities as well as to monitor the impact of human activities on ecosystems. Current satellite systems are subjected to strong computational complexity constraints. Thus, image compression is perfomed onboard with specifically tailored algorithms while image denoising is performed on the ground. In this letter, we intend to address satellite image compression and denoising with neural networks. The first proposed approach uses a single neural architecture for joint onboard compression and denoising. The second proposed approach sequentially uses a first neural architecture for onboard compression and a second one for on ground denoising. For both approaches, the onboard architectures are lightened as much as possible, following the procedure proposed in [1]. The two approaches are shown to outperform the current satellite imaging system and their respective pros and cons are discussed.

Sunflower oil hydrogenation was carried out in a 2 mm diameter jacketed capillary reactor coated with a Pd/Al2O3 catalyst, mimicking a channel of a heat exchanger monolith reactor. The operating conditions were chosen to ensure Taylor flow conditions and to evaluate their impact on the reaction selectivity. CFD simulations of the experiments were performed using the unit cell approach. They accounted for the dependence of viscosity on the degree of oil saturation, kinetic laws describing the effects of pressure on cis/trans selectivity, and bubble shrinkage along the channel using a moving mesh strategy. The model captured the experimental trends, in which the fraction of monounsaturated cis fatty acids did not exceed 35% (vs 30% originally). Poor selectivity is mainly due to the strong mass transfer resistance at the catalyst wall, either from fatty acids (favoring their complete saturation) and/or from hydrogen (due to bubble shrinkage, favoring cis to trans isomerization)

This work proposes a marginalised particle filter with variational inference for non‐linear state‐space models (SSMs) with Gaussian mixture noise. A latent variable indicating the component of the Gaussian mixture considered at each time instant is introduced to specify the measurement mode of the SSM. The resulting joint posterior distribution of the state vector, the mode variable and the parameters of the Gaussian mixture noise is marginalised with respect to the noise variables. The marginalised posterior distribution of the state and mode is then approximated by using an appropriate marginalised particle filter. The noise parameters conditionally on each particle system of the state and mode variable are finally updated by using variational Bayesian inference. A simulation study is conducted to compare the proposed method with state‐of‐the‐art approaches in the context of positioning in urban canyons using global navigation satellite systems.

The modeling of the fluidization or sedimentation velocity of a suspension of solid particles is revisited by examining experiments conducted in either a liquid or a gas. A general expression is found in the case of negligible fluid inertia, i.e. at low Reynolds or Archimedes number. It is built as the product of the velocity of an isolated particle by three non-dimensional corrections that each takes into account a specific physical mechanism. The first correction reflects the variation of the buoyancy with the particle concentration. The second correction describes how the drag force increases with the concentration in case of negligible particle inertia. The third one accounts for the further increase of the drag when the particle inertia is increased. Remarkably, each correction only relies on a single of the three independent non-dimensional groups that control the problem: (1) the particle volume fraction Φs; (2) the ratio Φs/Φpack where Φpack is the bed packing concentration; (3) the Stokes number S t 0 , which characterizes the inertia of the particles and controls their agitation. Moreover, the onset of the instability that separates the homogeneous regime from the heterogeneous one is found to be controlled similarly by the Stokes number. Empirical expressions of the corrections are given, which provide a reliable tool to predict fluidization and sedimentation velocities for all values of the three non-dimensional numbers. The present results emphasize the crucial role of particle inertia, which is often disregarded in previous modeling approaches, such as that of Richardson and Zaki.

Cette thèse s’intéresse à l’utilisation de la norme Lp, avec 1 < p < 2, comme terme de régularisation sur la fonctionnelle du 4DVar intervenant en assimilation de données variationnelle. Cette régularisation est motivée par la volonté, d’une part, d’effectuer un compromis entre les régularisations en norme L1 et L2 qui, respectivement, tendent `à s´sélectionner une solution parcimonieuse/creuse (i.e. avec un nombre important de coefficients nuls) et une solution plus lisse. En effet, de nombreux signaux physiques possèdent une structure intermédiaire que l’on qualifie de quasi-creuse. D’autre part, l’utilisation de ce terme de pénalisation est ´également motivée, dans un cadre statistique bayésien, par les distributions que suivent certaines variables rencontrées en assimilation de données. Nous proposons notamment un algorithme de minimisation adaptée `a cette fonctionnelle ainsi pénalisée, basée sur l’algorithme du gradient conjugué non-linéaire et sur les algorithmes de descente dans les espaces de Banach et étudions sa convergence théoriques. Les algorithmes proposés et la pénalisation sont testés sur une expérience d’assimilation de données basée sur les équations de Barré de Saint-Venant en deux dimensions. This thesis studies the use of the Lp-norm, with 1 < p < 2, as a regularization term on the 4DVar arising in variational data assimilation. This regularization is motivated by the will of, on the one hand, doing a compromise between the regularization in L1 and L2-norms, which respectively select a sparse solution (i.e. with a important number of null coefficients) and a smoother solution. Indeed, a lot of physical signals have an intermediary structure that we call quasi-sparse. On the other hand, this penalization term is also motivated, in a Bayesian statistical framework, by the distributions that some variables encountered in data assimilation follow. We propose in particular a minimization algorithm adapted to this penalized functional based on both the nonlinear conjugate gradient and descent algorithms in Banach spaces and study its theoretical convergence. The proposed algorithm and the penalization are tested on a data assimilation setup based on the shallow-water equations.

Multifractal analysis has become a reference tool for signal and image processing. Grounded in the quantification of local regularity fluctuations, it has proven useful in an increasing range of applications, yet so far involving only univariate data (scalar-valued time series or single channel images). Recently the theoretical ground for multivariate multifractal analysis has been devised, showing potential for quantifying transient higher-order dependence beyond linear correlation among collections of data. However, the accurate estimation of the parameters associated with a multivariate multifractal model remains challenging, severely limiting their actual use in applications. The main goal of this thesis is to propose and study practical contributions on multivariate multifractal analysis of signals and images. Specifically, the proposed approach relies on a novel and original joint Gaussian model for the logarithm of wavelet leaders and leverages on a Whittle-based likelihood approximation and data augmentation for the matrix-valued parameters of interest. This careful design enables efficient estimation procedures to be constructed for two relevant choices of priors using Bayesian inference. Algorithms based on Monte Carlo Markov Chain and Expectation Maximization strategies are designed and used to approximate the Bayesian estimators. Monte Carlo simulations, conducted on synthetic multivariate signals and images with various sample sizes, numbers of components and multifractal parameter settings, demonstrate significant performance improvements over the state of the art. In addition, theoretical lower bounds on the variance of the estimators are designed to study their asymptotic behavior. Finally, the relevance of the proposed multivariate multifractal estimation framework is shown for two real-world data examples: drowsiness detection from multichannel physiological signals and potential remote sensing applications in multispectral satellite imagery.

La prévision météorologique, basée sur la modélisation du système chaotique atmosphérique, comporte une part d'incertitude. Celle-ci peut être évaluée à l'aide d'ensembles de prévisions. La thèse s'intéresse au post-traitement de la prévision d'ensemble à échelle kilométrique de Météo-France (PE-AROME). L'objectif est de développer de nouveaux outils pour extraire des informations essentielles des modèles pour les prévisions. Ces outils s'appuient sur des méthodes d'apprentissage profond. Ce manuscrit commence par la présentation des prévisions d'ensemble, des méthodes de post-traitement existantes et des méthodes employées aujourd'hui pour expertiser les modèles météorologiques. Cette thèse propose d'enrichir la palette d'outils disponibles avec deux approches complémentaires pour extraire de nouvelles informations de la PE-AROME. Dans un premier temps, une approche pour aider à la prévision de structures orageuses particulières et à fort impact, qu'on nomme les échos arqués, est développée. L'objectif est de les détecter dans les sorties de chaque membre PE-AROME. Cette détection est faite par un réseau de neurones convolutif (de type U-Net). Le réseau de neurones retenu montre une bonne capacité à discerner les échos arqués d'autres organisations orageuses. Les performances de ce U-Net ont permis de déboucher sur une production en mode recherche quotidienne synthétisant le risque d'échos arqués. L'évaluation objective des prévisions montre la plus-value de la PE-AROME comparée au modèle déterministe AROME au-delà de 15 heures d'échéance. La deuxième approche développée durant cette thèse vise à mettre en œuvre une synthèse par scénarios des prévisions de pluies. Un scénario peut être défini comme un groupe de membres prévoyant des évènements météorologiques similaires. Cette approche ne s'intéresse pas à un évènement particulier et est donc moins spécialisée que la détection des échos arqués. Cette synthèse repose sur une réduction de dimension du champ de pluies à l'aide d'un autre réseau de neurones convolutif (de type autoencodeur). Chaque membre est ainsi exprimé et classé dans l'espace latent de l'autoencodeur qui possède quelques dizaines de dimensions. La pertinence de cette représentation sous forme de scénarios est discutée à l'aide de scores et d'études de cas. Les scores montrent une réelle complémentarité entre le modèle déterministe AROME et la PE-AROME. Ils montrent qu'il est plus intéressant de suivre les deux scénarios les plus peuplés de la PE-AROME que deux réseaux AROME. Mais ils montrent aussi qu'en cas de deux scénarios équiprobables dans la PE-AROME, le scénario qui est aussi celui d'une prévision AROME a plus de chance d'être correct que l'autre

Le labneh Ambaris est un lait fermenté libanais traditionnellement fabriqué avec du lait cru de chèvre dans des jarres spécifiques en terre cuite. Il est largement apprécié des consommateurs et représente une source de revenue non négligeable pour les producteurs. Nos modes de vie et l’industrialisation des procédés de fabrication questionnent sur le devenir des microorganismes endogènes qui structurent ce produit, patrimoine immatériel du Liban. Le premier objectif de cette thèse, menée dans des conditions réelles de fabrication, était de caractériser le labneh Ambaris en mettant l’accent sur les écosystèmes microbiens impliqués dans sa réalisation. Ainsi, une cartographie de ce lait fermenté, tant sur le plan physicochimique et microbiologique que sur le plan sensoriel a été établie. Les approches multidisciplinaires utilisées et notamment la « Next Generation Sequencing » nous ont fourni une vision globale du labneh Ambaris se présentant sous la forme d’un écosystème microbien complexe dont la biodiversité dépend des exploitations. Ce lait fermenté égoutté est acide (pH moyen de 3,4) et une matière sèche moyenne de 35%. Les espèces bactériennes et fongiques dominantes identifiées sont Lactobacillus kefiranofaciens, Lentilactobacillus kefiri, Lactiplantibacillus plantarum et Lactococcus lactis ainsi que Geotrichum candidum et Pichia kudriavzevii. Après construction d’un lexique sensoriel, le labneh Ambaris a été décrit comme ayant un goût acide accompagné d’une odeur et d’une saveur de chèvre. Par comparaison des profils microbiens des produits issus des laits crus et des laits pasteurisés, il semblerait que le lait ne soit pas le seul facteur déterminant de la diversité microbienne (ou du moins pas directement), suggérant des rôles de la flore résidente chez le producteur. Dans la troisième partie de cette thèse, les résultats ont confirmé que les espèces coeur identifiées s’installent précocement dans le produit et y persistent jusqu’à la fin de la maturation avec des abondances variables selon le stade de fermentation. Ils ont aussi suggéré qu’au démarrage de la fermentation, l’éventuelle contribution des flores résiduelles de la jarre, agissant comme starter, serait une piste à explorer. Par la suite, les flores semblent s’équilibrer de façon à évoluer similairement et indépendamment du contenant/ de l’âge du contenant. Les résultats de cette thèse constituent un point de départ et méritent d’être poursuivis pour mieux comprendre les rôles fonctionnels des espèces majoritaires, des facteurs biotiques et abiotiques qui régissent la biodiversité microbienne de ce produit, dans l’objectif de protéger et de valoriser le labneh Ambaris, et in fine de lui donner une place au sein de l'économie nationale et mondiale.

Animal breeding has shown in recent years an increasing interest in the use of digestive microbiota information, given the association with the physiological traits of the host. In this context, the hypotheses of this thesis are: 1) the rumen microbiota influence milk composition and udder health traits, and 2) a genetic determinism exist on rumen microbiota that affects milk composition and udder health traits. To address these hypotheses, we explored the relationship between the host genome and ruminal metagenome in the modeling of dairy ewe’s phenotypes. The “MicroGenOL” project was based on 795 Lacaune ewes from two genetic lines reared under the same housing and feeding conditions at the INRAE Experimental Unit of La Fage. For all animals the fine milk composition was predicted by mid-infrared spectra, and for 118 ewes, fatty acids (FAs) were measured by gas chromatography. In addition, all animals were genotyping with 54k SNP chip, and one rumen sampling for all animals, or two one week apart for 118 ewes, were collected. Rumen samples were sequencing of 16S RNA gene. To work with microbial abundances due to their compositional nature, a workflow was defined: after bioinformatics process of the raw sequences, operational taxonomic unit (OTU) counts in the abundance table were transformed in logratios (after zeros imputation) and corrected by environmental factors using linear models. The variability of microbial abundances between two weeks and the impact of data processing on genetic estimations allowed for us to defined the best way to work with, and the limits of results interpretation. The first analysis focused on the influence of the rumen microbiota on the phenotype. We found low (

We are interested in the modelling of thermo-hydro-mechanical (THM) problems that describe the behaviour of a soil in which a weakly compressible fluid evolves. The soil is represented as a porous medium and the fluid is subjected to various mechanical, thermal and hydraulic stresses. This model is used for the simulation of the THM impact of the high level activity radioactive waste exothermicity within a deep geological disposal facility build in a clay-based host rock. To avoid the loss of uniqueness of the numerical solution and, more importantly, problems with the strain localization which are often encountered in soil computations, we shall consider non-locally regularized equations based on a second gradient theory. In this approach, a new primal unknown, modelling the trace of the displacement gradient, is introduced. The objective of this work is to find a parallel and scalable iterative solver for the system of equations after linearization. While extensive research has been carried on linear solvers for poroelasticity, this is not, to our knowledge, the case for the second gradient formulation. In this thesis, we shall present a block preconditioner for the fully coupled THM equations with a second gradient of dilation regularization. It is a block Gauss-Seidel approach, in which a multigrid method is used to precondition the blocks of the displacement, pressure, temperature and micro volume changes. Furthermore, we use a weighted mass matrix as preconditioner for the Lagrange multipliers block. We present numerical results that reflect the good performance of the proposed preconditioner in terms of iteration count of the iterative solver, the robustness of the preconditioner in terms of parameter variation and that is furthermore independent of the mesh size.

The origin of this monograph lies in a simple fact: there is a paradigm with cast irons, namely that these alloys have been produced and cast for thousands of years, yet they are among the most complicated alloys if we consider the formation of their microstructure by solidification and transformations in the solid state. The positive side of this complexity is that it offers a wide range of possibilities for manipulating their microstructure. With the evolution of melting furnaces in the 19th century, the silicon content of cast irons increased, leading to the development of the silicon cast irons that are the subject of this monograph. The essential step, however, was the discovery in the middle of the 20th century that it is possible to change the shape of graphite by transforming the interconnected lamellae into discrete spheroids. In this way, cast iron became a material for safety parts and was no longer limited to construction. This historical development and the research effort during the first part of the 20th century have been described in reviews published in the 1960s. Since then, developments in metallographic analysis have led to a wealth of research aimed at describing and understanding graphite formation and the microstructure of cast irons during solidification and heat treatment. This monograph is not intended to be an exhaustive review of the literature of the last 50 years, but aims to propose a coherent vision of the formation of the microstructure of cast irons based on the work carried out jointly or in parallel by its authors. Current controversies are sometimes indicated but are not discussed in order to emphasize open questions. Finally, we should mention that our work has greatly benefited from the dynamism of the European Cast Iron group (ECI), an informal forum open to all (European academics and industrialists) for more than 10 years. It is in this same spirit of discussion that this monograph is freely available. \\// Cette monographie trouve son origine dans un fait simple : il existe un paradigme avec les fontes, à savoir que ces alliages sont produits et coulés depuis des milliers d'années, mais qu'ils comptent pourtant parmi les alliages métalliques les plus compliqués si l'on considère la formation de leur microstructure par solidification et transformations à l'état solide. Le côté positif de cette complexité est qu'elle offre un large éventail de possibilités pour la manipulation de leur microstructure. Avec l'évolution des fours de fusion au 19ème siècle, la teneur en silicium des fontes a augmenté conduisant au développement des fontes au silicium qui font l'objet de cette monographie. L'étape essentielle, cependant, a été la découverte au milieu du 20ème siècle qu'il est possible de changer la forme du graphite en transformant les lamelles interconnectées en sphéroïdes disjoints. Les fontes sont ainsi devenues un matériau pour pièces de sécurité et n'ont plus été limitées à la construction. Cette évolution historique et l'effort de recherche durant la première partie du 20ème siècle ont été décrits dans les revues publiées dans les années 1960. Depuis cette époque, l'évolution des analyses métallographiques a généré nombre de recherches destinées à décrire et comprendre la formation du graphite et de la microstructure des fontes lors de leur solidification et des traitements thermiques. Cette monographie ne se veut pas une revue exhaustive de la littérature de ces 50 dernières années, mais vise à proposer une vision cohérente de la formation de la microstructure des fontes graphitiques basée sur les travaux conduits en commun ou en parallèle par ses auteurs. Les controverses actuelles sont quelquefois indiquées mais ne sont pas discutées afin de mettre l'accent sur les questions ouvertes. Enfin, nous avons plaisir à mentionner que notre travail a largement profité du dynamisme du groupe européen de la fonte (ECI), forum informel ouvert à tous (universitaires et industriels européens) depuis plus de 10 ans. C'est dans ce même esprit de discussion que cette monographie est en accès libre.

Green energy or sources with zero-carbon emissions plays a leading role in the worldwide electrification. Electric machinery field is a subject of attention leading to the green technology. These machines contribute mainly in the context of industrial applications as electric or hybrid cars. Avoiding the issue and price of rare-earth magnets, potential researches contribute particularly to non-rare-earth machines. For that reasons, this thesis studies the ferrite motor through the ‘Spoke Type Axial Flux Permanent Magnet’ (STAFPM) topology. One from the main interesting properties of this motor is the capability of the no-load magnetic flux concentration in its airgap. The properties of this motor with ferromagnetic poles in the rotor are not so-well known. The present thesis focuses on studying its performances. Achieving this goal, consists firstly by doing a review on the analytical and numerical sizing approaches applied for radial and axial flux machines based on the magnetic field models and as well as, a review on the experimental test benchmark for salient-pole machines which provide us the identification and computation of the electromechanical parameters. Finally, a revision takes place on the 3D magnetic field modeling for sizing purposes. Thus the first section is partially devoted to review the application of the 3D finite difference method for axial machines which is a main objective in this thesis. Afterwards, using a 1D analytical model, a performance comparison takes place between a single stator-single rotor STAFPM motor and a reference Surface Mounted Axial Flux Permanent Magnet (SMAFPM) motor. This comparison is made on the electromagnetic torque and at unified parameters. Consequently, new STAFPM prototype is sized by a consideration of some magnetic constraints. This prototype takes place on a test bench. An original method of the experimental identification of the parameters of the lumped parameter electromechanical model is developed. This method is based on the static torque measurement as a function of the rotor position. A 3D numerical magnetic field model of the STAFPM motor is proposed. This tool studies the no-load magnetic field as well as the armature reaction fields. An original flux calculation method in the framework of the magnetic scalar potential formulation is developed. This method allows the quick calculation of the parameters of the lumped electromechanical model. The calculated parameters are compared to the experimentally identified parameters.

La nouvelle génération de satellites permet l’acquisition d’images avec des résolutions spectrales et spatiales toujours plus grandes. La contrepartie est qu’une quantité croissante de données doit être traitée et transmise au sol. La compression embarquée d’images devient donc cruciale pour préserver la bande passante du canal de transmission et réduire le temps de transmission des données. Récemment, les réseaux de neurones convolutifs ont montré des résultats exceptionnels pour la compression d’images avec perte par rapport aux schémas de compression traditionnels, au prix d’une complexité de calcul élevée. Les architectures basés sur l’autoencodeur sont entraînés de bout en bout, tirant parti de grandes bases de données et de la puissance de calcul disponible sur de puissants clusters. Par conséquent, les contributions potentielles et la faisabilité des techniques d’apprentissage profond pour la compression embarqué d’images satellitaires suscitent un grand intérêt. Dans ce contexte, néanmoins, les ressources de calcul sont soumises à de sévères limitations: un compromis entre performances de compression et complexité doit être établi. Dans cette thèse, l’objectif principal est d’adapter les architectures de compression appris à la compression embarquée, de les simplifier et de les entraîner avec des images spécifiques. Dans un premier temps, nous proposons de simplifier au maximum ces architectures tout en préservant des performances élevées, en conservant notamment l’adaptabilité pour traiter des images diverses. Dans un deuxième temps, nous étudions comment de telles architectures peuvent encore être améliorées en agrégeant d’autres fonctionnalités telles que le débruitage. Ainsi, nous avons incorporé le débruitage, soit en considérant les architectures de compression mentionnées ci-dessus pour la compression et le débruitage simultanément, soit en utilisant une approche séquentielle. L’approche séquentielle consiste à utiliser au sol une architecture différente pour débruiter les images compressées issues de l’architecture de compression appris précédent. En réalisant des expériences sur des images satellites simulées mais réalistes,nous montrons que les simplifications proposées pour l’architecture de compression appris entraînent une complexité considérablement moindre tout en maintenant des performances élevées. Tant en compression apprise qu’en débruitage appris aussi, les approches conjointes et séquentielles sont intéressantes et complémentaires, permettant de surpasser les performances du système d’imagerie du CNES, et ouvrant ainsi la voie à des chaines opérationnels de compression et de débruitage des images satellites.

The tribological behavior of a steel/glass ball-on-flat contact was studied by synchronizing the friction measurements with an acoustic emission device and a vision system. The results highlight two distinct friction regimes identified with low and high friction values. Their transition is characterized by a modification of acoustic emission signals. In addition, two main damage and wear mechanisms are identified: the creation and propagation of Hertzian cracks visible on the glass surface and the constitution of an interfacial layer of debris. The different accommodation mechanisms, activated successively or simultaneously, are identified for acoustic emission frequencies between 300 and 700 kHz. Eventually, this approach allows a real-time wear mechanisms identification and gives better insights about acoustic emission signals in relation to tribological systems.

International audience; Ti-stabilized austenitic stainless steel was carburized in sodium containing a high carbon activity at three different temperatures, 500 °C, 600 °C, and 650 °C during 1000 hours and 5000 hours. The carbon profile, the carbide volume fraction, and the lattice parameter evolution as function of depth were determined using high-energy X-ray diffraction and electron probe microanalysis. At 650 °C and 600 °C, the carbon precipitated as M23C6 and M7C3 carbides in the sample. The volume fraction of M7C3 carbides was lower than predicted by thermodynamic equilibrium using Thermo-Calc software®. At 500 °C, carbides almost did not form in the steel. Instead, high carbon supersaturation of the austenitic matrix occurred. Both results demonstrate that the carburization profile was strongly influenced by the kinetics of carbide formation at temperatures lower than 650 °C. High-energy X-ray diffraction measurements demonstrated that the austenite and carbide lattice parameters evolved along the carbon profile. Both measured lattice parameter profiles of austenite and M23C6 carbide were compared to the ones predicted from chemical changes of austenite and carbides.

Cette thèse est dédiée à la modélisation analytique et à la conception optimale d’une machine du type synchro-réluctante assistée d'aimants permanents (MSRAP) en tenant compte des aspects liés au pilotage sans capteur de position. Dans un premier temps, la thèse vise à montrer, à partir d’une étude bibliographique, les avantages économiques et la sûreté de fonctionnement d’un pilotage sans capteur de position. Les méthodes d'injection de signaux à haute fréquence sont les plus adaptées pour des fonctionnements à basse vitesse en raison de leur facilité de mise en oeuvre. Cependant elles dépendent fortement des paramètres de la machine tels que le rapport de saillance incrémentale. Dans des applications dédiées au secteur de la manutention qui se caractérise par des sur-couples importants au démarrage, l’injection de signaux haute fréquence devient non-opérationnelle en raison du faible rapport de saillance incrémentale induit par une forte saturation de la machine. L'objectif est d’intégrer ce problème lors de la phase de conception de la machine. La géométrie du rotor des moteurs MSRAP est complexe car elle dépend d’un nombre de paramètres importants tels que la position, le nombre et la forme des barrières de flux. C'est pourquoi une analyse basée sur des simulations par éléments finis est réalisée afin d'identifier les paramètres géométriques les plus influents sur les performances et le rapport de saillance incrémentale. Cette étude permettra d’évaluer la sensibilité de paramètres tels que le nombre de barrières et l’entrefer dont la variation peut dégrader le rapport de saillance et en même temps améliorer les performances de la machine. D'autres paramètres comme l'inclinaison des barrières sont bénéfiques pour la performance et pour le pilotage sans capteur de position. Afin de concevoir la machine à l'aide d'algorithmes d'optimisation, il est indispensable de développer des modèles précis et rapides. Les optimisations basées sur des modèle éléments finis sont certes précises mais aussi très consommatrices en temps de calcul. Nous proposons dans cette étude de développer un modèle basé sur des équations analytiques en utilisant les principes de la loi d'Ampère et de la conservation du flux. Afin d'obtenir la distribution spatiale de l'induction dans l'entrefer, entité de base pour le calcul des performances et des inductances incrémentales du moteur, un système d’équations est mis en place et résolu. Ces moteurs étant par ailleurs généralement alimentés par des onduleurs, un second modèle analytique est développé afin de déterminer le contenu harmonique des courants d’alimentation. Dans une première optimisation du couple nominal de la MSRAP, deux logiciels basés sur des algorithmes déterministes ont été testés : fmincon de Matlab et NOMAD. Nous avons pu noter la supériorité des résultats et la robustesse du logiciel NOMAD par rapport à fmincon pour la résolution d'un problème avec 18 variables et 15 contraintes complexes. NOMAD a donc été utilisé pour deux autres optimisations bi-objectifs incluant le rendement et le coût des matières premières, et où le couple, la tension, le facteur de puissance et le rapport de saillance incrémentale sont définis comme des contraintes. Chaque modèle analytique ainsi que les gains obtenus dans le cadre de cette thèse sont validés par des simulations éléments finis, des simulations sous Simulink Matlab et par des essais expérimentaux avec une machine existante.

Thanks to strong heat recirculation, submerged combustion within porous media presents unique technological features such as broadened flammability limits and extended power range. The associated possibility to burn ultra-lean mixtures with minimal CO/NOx emissions makes porous media combustion a potential alternative in the industry, for instance in domestic heat generation or clean aviation where low pollutant emissions and robust operability are of paramount importance. However, even though this combustion mode has been studied for decades, there remains many open questions regarding the intertwined flame structure and the validity of associated low-order modelling. To date, volume-averaged models are mostly based upon ad hoc hypotheses and still present large discrepancies with experiments. Aiming to chal- lenge and strengthen these models, the present work presents analytical and numerical studies of the volume-averaged equations, followed by 3D direct pore-level simulations of methane-air and hydrogen-air combustion. Chapters 1 and 2 provide a critical review of concepts associated to flows and flames within porous media, with a focus on non-adiabatic combustion and macroscopic effective characteriza- tion. A classification of gaseous flames in terms of the thermal Péclet number is proposed, and the upscaling procedure on the pointwise equations is presented. Chapter 3 presents asymptotic results based on the volume-averaged equations, and the proposed theoretical framework un- veils the first fully-explicit formulae for flame speed in infinite and finite-length porous burners. Multi-layered burners are also considered theoretically for the first time, and the important con- cept of contact resistance between two stacked porous plates is underlined. Chapter 4 proposes a general classification of porous media combustion in three distinct regimes for increasing inter- phase heat transfer, only based on two reduced parameters, in order to reconcile the literature frameworks of local thermal equilibrium (LTE) and non-equilibrium (LTNE). Chapter 5, 6 and 7 present 3D pore-level direct numerical simulations of flames within porous media using complex kinetics, for various structural topologies and pore sizes. As a major technical hurdle encountered during the thesis, the meshing workflow from X-ray tomography to conformal computational mesh is given for practical use in the community. These DNS unveil the internal flame structure of methane-air and hydrogen-air flames within typical porous burners, and it is shown that when the pore size is larger than the flame thickness, sharp and locally- anchored flame fronts are observed. These local discontinuities related to the strongly non-linear reaction rates are shown to be in direct violation of the classical volume-averaged hypotheses. This demonstrates that new volume-averaged models are required, and accordingly a closure for reaction rates based upon phenomenology and observations in the 3D DNS is proposed. Eventually, the pore-level specificities of hydrogen combustion at pore scale are described.

Hydrogen can be employed to power a fuel-cell vehicle (FCV). In order to gather 5 kg of gaseous hydrogen in a 125 L tank to reach a 500 km range, it must be stored at high-pressure, 700 bar. For a filling time ranging from 3 to 5 min, the rapid compression of gaseous hydrogen, from 20 bar to 700 bar, induces an increase of gas temperature in the tank. According to safety recommendations, the temperature must not exceed 85°C for composite tanks. To restrain the rising averaged temperature in the tank, the injected hydrogen is cooled down to -40°C depending on the ambient temperature and tank initial pressure. Assuming a uniform temperature in the tank, 0 dimension (0D) models were developed in order to predict the averaged gas temperature during the filling process. Depending on the injected gas temperature and mass flowrate, a final filling temperature is estimated. An optimization process can then be carried out in order to limit the energetic cost of a filling, while keeping the final averaged temperature below 85°C. However, experimental observations reveal the existence of thermal gradients for some filling scenarios of horizontally tank leading to local peaks exceeding 85°C while the averaged temperature remains below the limits. These thermal heterogeneities cannot be predicted by 0D models and question their relevance for the optimization of the filling process. The link between the thermal stratification and the filling scenario has been established but the underlying mechanisms involved still need be clarified. This is the object of the present work, which aims at investigating, through numerical simulations, the fluid dynamics and thermal phenomena at play during the filling process of a hydrogen filled horizontally with an axial injection. As the first step, a numerical model capturing the tridimensional hydrogen flow and the thermal conduction through walls is developed via the open-source software OpenFOAM. The accuracy of the numerical approach is assessed by comparison with different experimental measurements and previous results, for two thermally contrasted filling scenarios, i.e. homogeneous versus heterogeneous. The homogeneous scenario is well predicted while the thermal gradient is underestimated for the heterogeneous scenario. This is consistent with the results from previous numerical studies. As the second step, focus is placed on the improvement of thermal gradient prediction by analyzing the impact of turbulence modeling approach, especially on thermal diffusivity. A turbulence model leading to an improved prediction of the thermal behavior is identified and implemented. Finally, the physical mechanisms of thermal stratification are more specifically examined in order to improve 0D models. As shown by tridimensional simulations, the stratification results from a deflection of the cold injected jet towards the lower hemisphere of the tank, due to buoyancy forces. A model of buoyant jet is suggested to predict the jet deflection and provide insights into thermal stratification. This is expected to enhance the reliability of the optimization procedure of filling scenarios based on 0D models.

To improve the finish and efficiency of machining processes, researchers set out to develop techniques to detect, suppress, or avoid vibration chatter. This work involves tracing chatter detection techniques, from time–frequency signal processing methods (FFT, HHT, STFT, etc.), decomposition (WPD, EMD, VMD, etc.) to the combination with machine learning or deep learning models. A cartographic analysis was carried out to discover the limits of these different techniques and to propose possible solutions in perspective to detect chattering in the machining processes. The fact that human expert detects chatter using simple spectrograms is confronted with the variety of signal processing methods used in the literature and lead to possible optimal detecting techniques. For this purpose, the bibliometric tool R-Tool was used to facilitate a bibliometric analysis using specific means for quantitative bibliometric research and visualization. Data were collected from the Web of Science (WoS 2022) using particular queries on chatter detection. Most documents collected detect chatter with either transformation or decomposition techniques.

Bi-functional water-soluble polymers have been investigated as bonding layers (BL) on aluminum surfaces to promote the adhesion of adhesives for structural bonding applications in the automotive sector. The BLs are located at the interface between two parts: the aluminum substrate and the adhesive (an epoxy-dicyandiamide). The formation and the morphology are studied mainly by transmission electron microscopy (TEM) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Many process parameters have been investigated such as: i) long or short immersion time in the treatment baths containing the polymers, ii) formulation using three different concentrations. The performances of the BLs under these different operating conditions are evaluated via several mechanical tests: micro-scratch, three-point bending, single lap shear. Results were compared with results obtained with already existing products, launched for the same application, surface treatment prior to structural adhesive bonding of aluminum in transportation.

The use of ML technology to design safety-critical systems requires a complete understanding of the neural network's properties. Among the relevant properties in an industrial context, the verification of partial monotony may become mandatory. This paper proposes a method to evaluate the monotony property using a Mixed Integer Linear Programming (MILP) solver. Contrary to the existing literature, this monotony analysis provides a lower and upper bound of the space volume where the property does not hold, that we denote ``Non-Monotonic Space Coverage''. This work has several advantages: (i) our formulation of the monotony property works on discrete inputs, (ii) the iterative nature of our algorithm allows for refining the analysis as needed, and (iii) from an industrial point of view, the results of this evaluation are valuable to the aeronautical domain where it can support the certification demonstration. We applied this method to an avionic case study (braking distance estimation using a neural network) where the verification of the monotony property is of paramount interest from a safety perspective.

Background: Antibodies against the P3 sequence (Gly1127-Cys1140) of LRP1 (anti-P3 Abs) specifically block cholesteryl ester (CE) accumulation in vascular cells. LRP1 is a key regulator of insulin receptor (InsR) trafficking in different cell types. The link between CE accumulation and the insulin response are largely unknown. Here, the effects of P3 peptide immunization on the alterations induced by a high-fat diet (HFD) in cardiac insulin response were evaluated. Methods: Irrelevant (IrP)- or P3 peptide-immunized rabbits were randomized into groups fed either HFD or normal chow. Cardiac lipid content was characterized by thin-layer chromatography, confocal microscopy, and electron microscopy. LRP1, InsR and glucose transporter type 4 (GLUT4) levels were determined in membranes and total lysates from rabbit heart. The interaction between InsR and LRP1 was analyzed by immunoprecipitation and confocal microscopy. Insulin signaling activity and glucose uptake were evaluated in HL-1 cells exposed to rabbit serum from the different groups. Findings: HFD reduces cardiac InsR and GLUT4 membrane levels and the interactions between LRP1/InsR. Targeting the P3 sequence on LRP1 through anti-P3 Abs specifically reduces CE accumulation in the heart independently of changes in the circulating lipid profile. This restores InsR and GLUT4 levels in cardiac membranes as well as the LRP1/InsR interactions of HFD-fed rabbits. In addition, anti-P3 Abs restores the insulin signaling cascade and glucose uptake in HL-1 cells exposed to hypercholesterolemic rabbit serum. Interpretation: LRP1-immunotargeting can block CE accumulation within the heart with specificity, selectivity, and efficacy, thereby improving the cardiac insulin response; this has important therapeutic implications for a wide range of cardiac diseases., Fundació MARATÓ TV3: grant 101521-10, Instiuto de Salud Carlos III (ISCIII) and ERDF PI18/01584, Fundación BBVA Ayudas a Equipos de Investigación 2019. SECyT-UNC grants PROYECTOS CONSOLIDAR 2018-2021; FONCyT, Préstamo BID PICT grant 2015-0807 and grant 2017-4497.

This work deals with recursive dynamic parameter identification in robotics and presents a new method applied to industrial manipulators based on the recursive instrumental variable. We construct the instrumental matrix by filtering the reference trajectory and its derivatives with the position closed-loop transfer function previously identified with standard today’s toolboxes, such as CAPTAIN. This implies that we no longer need to simulate the direct dynamic model and, therefore, to know the controller, and that we can build the instrumental matrix beforehand. Besides the closed-loop transfer function acting as a unitary gain at low frequencies, we can use the references directly if only low frequencies are excited. This approach, called Inverse Dynamic Identification Model Recursive Instrumental Variable (IDIM-RIV), is evaluated offline on the 7 degrees of freedom KUKA LBR iiwa R820 manipulator. The experimental validation suggests that IDIM-RIV is computationally cheaper than its en-bloc version, can identify 64 dynamic parameters, and presents good robustness against noise and algorithm initialization.