Recherche avancée sur les thèses de l'INSA de Lyon

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Issa Inas. In situ TEM nanocompression and mechanical analysis of ceramic nanoparticles. 2016 / Thèses / accès numérique libre
Résumé
Résumé
Dans cette étude, nous proposons d'utiliser la compression in situ dans le MET afin de caractériser les propriétés mécaniques de nanoparticules céramiques dont la taille caractéristique est de l'ordre de quelques dizaines de nanomètres. Nous appliquerons cette méthode à des nanocubes monocristallins de MgO, une céramique modèle dont la plasticité est bien connue dans le matériau massif. Les essais de nanocompression montrent que les nanocubes de MgO se déforment de façon homogène jusqu'à de grandes déformations (>50%) sans fissure apparente. L'analyse des résultats est assistée par des méthodes de corrélation d'images numériques et simulations de type dynamique moléculaire. Le mécanisme de déformation et l'effet de taille sur la limite élastique sont identifiés. Dans une deuxième partie de la thèse, nous présentons une étude sur des nanoparticules d'alumine de transition compactée en CED (Cellule à Enclumes en Diamant) à température ambiante, sous plusieurs pressions (5 GPa, 15 GPa et 20 GPa). Des lames minces préparées par FIB ont été étudiées en MET. Des images HRTEM montrent une texture cristallographique qui devient plus importante à des pressions plus élevées. Une orientation cristallographique préférentielle est observée, avec les plans {220} de la phase gamma de l'alumine la plupart du temps parallèles à la surface de contact avec une particule voisine. Ce comportement mécanique est cohérent avec un système de glissement, connu pour les structures spinelles. Une corrélation de ce comportement avec les tests in situ MET réalisés sur des nanoparticules similaires, par Emilie Calvié lors de sa thèse, est présentée. Enfin, des clichés de diffraction de type Debye Scherrer sont réalisés sur ces lames minces de nanoparticules d'alumine de transition compactées en CED à différentes pressions. L'analyse quantitative de ces clichés montre une transformation de phase de ces nanoparticules d'alumine de phase gamma en phase delta, de manière croissante avec la pression.
In this study, we propose an innovative mechanical observation protocol of ceramics nanoparticles in the 100nm size range. This Protocol consists of in situ TEM nanocompression tests of isolated nanoparticles. Load real displacements curves, obtained by Digital Image Correlation, are analyzed and these analyses are correlated with Molecular Dynamics simulations. By this protocol a constitutive law with its mechanical parameters (Young modulus, Yield stress...) of the studied material at the nano-scale can be obtained. In situ TEM nano-compression tests on magnesium oxide nanocubes are performed. Magnesium oxide is a model material and its plasticity is very well known at bulk. The MgO nanocubes show large plastic deformation, more than 50% of plastic strain without any fracture. The TEM results are correlated to MD simulations and the deformation mechanism can be identified.The size effect and the electron beam effect on the yield strength are investigated. In a second part of the dissertation, we present a study on transition alumina nanoparticles compacted in a Diamond Anvil Cell at different uniaxial pressures. Thin Foils of these compacted nanoparticles are prepared by FIB for HRTEM Observations. Their analysis reveals the plastic deformation of the nanoparticles. The crystallographic texture observed inthese compacted nanoparticles in DAC shows a preferred orientation of the {110} lattice planes, orientated perpendicular to the compression direction. This is compatible with the slip system. This argument was reinforced with a preferred orientation of slip bands observed during in situ TEM nano-compression tests. Moreover, electron diffraction patterns (Debye Scherrer) analysis on these compacted transition alumina nanoparticles reveals the decrease of the presence of gamma-alumina and the increase of delta-alumina with increasing pressure. This reveals the phase transformation with increasing pressure from gamma to delta* alumina.
Mot(s) clés libre(s) : Nanoparticule, Céramique, Propriété mécanique, Compression, Mécanisme de déformation, Effet de la taille, MET - Microscopie électronique en transmission, In situ, Oxyde de magnésium, Alumine, Nanoparticle, Ceramics, Mechanical properties, Deformation mechanism, Size effect, TEM - Transmission Electronic Microscopy, In Situ, Magnesium oxide, Alumina
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Golchay Roya. From mobile to cloud : Using bio-inspired algorithms for collaborative application offloading. 2016 / Thèses / accès numérique libre
Résumé
Résumé
Actuellement les smartphones possèdent un grand éventail de fonctionnalités. Ces objets tout en un, sont constamment connectés. Il est l'appareil favori plébiscité par les utilisateurs parmi tous les dispositifs de communication existants. Les applications actuelles développées pour les smartphones doivent donc faire face à une forte augmentation de la demande en termes de fonctionnalités tandis que - dans un même temps - les smartphones doivent répondre à des critères de compacité et de conception qui les limitent en énergie et à un environnement d'exécution pauvre en ressources. Utiliser un système riche en ressource est une solution classique introduite en informatique dans les nuages mobiles (Mobile Cloud Computing), celle-ci permet de contourner les limites des appareils mobiles en exécutant à distance, toutes ou certaines parties des applications dans ces environnements de nuage. Certaines architectures émergent, mais peu d'algorithmes existent pour traiter les propriétés dynamiques de ces environnements. Dans cette thèse, nous focalisons notre intérêt sur la conception d'ACOMMA (Ant-inspired Collaborative Offloading Middleware for Mobile Applications), un interlogiciel d'exécution déportée collaborative inspirée par le comportement des fourmis, pour les applications mobiles. C'est une architecture orientée service permettant de décharger dynamiquement des partitions d'applications, de manière simultanée, sur plusieurs clouds éloignés ou sur un cloud local créé spontanément, incluant les appareils du voisinage. Les principales contributions de cette thèse sont doubles. Si beaucoup d'intergiciels traitent un ou plusieurs défis relatifs à l'éxecution déportée, peu proposent une architecture ouverte basée sur des services qui serait facile à utiliser sur n'importe quel support mobile sans aucun exigence particulière. Parmi les principaux défis il y a les questions de quoi et quand décharger dans cet environnement très dynamique. A cette fin, nous développons des algorithmes de prises de décisions bio-inspirées : un processus de prise de décision bi-objectif dynamique avec apprentissage et un processus de prise de décision en collaboration avec les autres dispositifs mobiles du voisinage. Nous définissons un mécanisme de dépôt d'exécution avec une méthode de partitionnement grain fin de son graphe d'appel. Nous utilisons les algorithmes des colonies de fourmis pour optimiser bi-objectivement la consommation du CPU et le temps total d'exécution, en incluant la latence du réseau. Nous montrons que les algorithmes des fourmis sont plus facilement re-adaptables face aux modifications du contexte, peuvent être très efficaces en ajoutant des algorithmes de cache par comparaison de chaîne (string matching caching) et autorisent facilement la dissémination du profil de l'application afin de créer une exécution déportée collaborative dans le voisinage.
Not bounded by time and place, and having now a wide range of capabilities, smartphones are all-in-one always connected devices - the favorite devices selected by users as the most effective, convenient and neces- sary communication tools. Current applications developed for smartphones have to face a growing demand in functionalities - from users, in data collecting and storage - from IoT device in vicinity, in computing resources - for data analysis and user profiling; while - at the same time - they have to fit into a compact and constrained design, limited energy savings, and a relatively resource-poor execution environment. Using resource- rich systems is the classic solution introduced in Mobile Cloud Computing to overcome these mobile device limitations by remotely executing all or part of applications to cloud environments. The technique is known as application offloading. Offloading to a cloud - implemented as geographically-distant data center - however introduces a great network latency that is not acceptable to smartphone users. Hence, massive offloading to a centralized architecture creates a bottleneck that prevents scalability required by the expanding market of IoT devices. Fog Computing has been introduced to bring back the storage and computation capabilities in the user vicinity or close to a needed location. Some architectures are emerging, but few algorithms exist to deal with the dynamic properties of these environments. In this thesis, we focus our interest on designing ACOMMA, an Ant-inspired Collaborative Offloading Middleware for Mobile Applications that allowing to dynamically offload application partitions - at the same time - to several remote clouds or to spontaneously-created local clouds including devices in the vicinity. The main contributions of this thesis are twofold. If many middlewares dealt with one or more of offloading challenges, few proposed an open architecture based on services which is easy to use for any mobile device without any special requirement. Among the main challenges are the issues of what and when to offload in a dynamically changing environment where mobile device profile, context, and server properties play a considerable role in effectiveness. To this end, we develop bio-inspired decision-making algorithms: a dynamic bi-objective decision-making process with learning, and a decision-making process in collaboration with other mobile devices in the vicinity. We define an offloading mechanism with a fine-grained method-level application partitioning on its call graph. We use ant colony algorithms to optimize bi-objectively the CPU consumption and the total execution time - including the network latency.
Mot(s) clés libre(s) : Informatique, Applications mobiles, Internet des choses, Exécution déportée des applications, Algorithmes bioinspirés, Information technology, Cloud computing, Mobile applications, Internet of things, Application offloading, Bio-inspired algorithms
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Kinkelin Christophe. Etude expérimentale d'un amortisseur thermique composite MCP-NTC. 2016 / Thèses / accès numérique libre
Résumé
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L'amortisseur thermique étudié dans le cadre de cette thèse a pour objectif de limiter les pics de température des composants électroniques fonctionnant en régime transitoire au moyen d'une structure composite consistant en un réseau de nanotubes de carbone (NTC) rempli de matériau à changement de phase (MCP) solide-liquide, le tout étant contenu dans un boîtier en silicium (Si). Ce système passif vise à augmenter l'inertie thermique volumique du composant grâce à la chaleur latente du MCP tout en maintenant une bonne conductance thermique grâce aux NTC. Un dispositif expérimental polyvalent a été développé spécifiquement pour caractériser les différentes générations d échantillons fabriqués par les partenaires du projet THERMA3D. L'excitation thermique de l'échantillon est réalisée au moyen d'un laser en face amont et la réponse thermique est mesurée par caméra infrarouge simultanément sur les faces amont et aval. L'application d'une peinture sélectionnée sur l'échantillon permet d'accéder à sa température après un étalonnage dédié. Des méthodes d'estimation de paramètres ont été développées pour quantifier les deux caractéristiques essentielles de l'amortisseur thermique que sont sa capacité de stockage thermique et sa résistance thermique. Les sensibilités de la résistance thermique aux caractéristiques de la connexion Si/NTC et à la longueur des NTC ont été étudiées et les résistances thermiques d'interface Si/NTC ont été identifiées comme dominantes au sein du système. Des essais de cyclage thermique ont permis d'évaluer la fiabilité de l'ensemble de manière accélérée. Le comportement du MCP et la qualité du matériau de scellement ont été analysés par voie optique. Par ailleurs, la plus élevée des deux résistances thermiques d'interface Si/NTC a été localisée grâce à la visualisation infrarouge du réseau de NTC à travers le silicium semi-transparent. Enfin, une méthode de contrôle non destructif de la qualité de l'interface Si/NTC a été développée pour les amortisseurs thermiques de dernière génération.
The purpose of the studied thermal damper is to smooth the temperature peaks of transient electronic components via a composite structure consisting of an array of carbon nanotubes (CNT) filled with solid-liquid phase change material (PCM), the whole being embedded in a silicon (Si) casing. This passive system is intended to increase the thermal inertia per unit of volume of the electronic component thanks to the latent heat of the PCM while maintaining a high thermal conductance thanks to the CNT. A versatile test bench was specifically developed in order to characterize the different generations of samples fabricated by the partners of the THERMA3D project. The thermal excitation of the front side of the sample is generated by a laser and the thermal response is measured simultaneously on the front and back sides by an infrared camera. A selected paint can be deposited on the sample in order to access its temperature by means of a dedicated calibration. Parameter estimation methods were developed in order to quantify both main characteristics of the thermal damper: its heat storage capacity and its thermal resistance. The sensitivities of the thermal resistance to the features of the Si/CNT connection and to the length of the CNT were studied and it was found out that the interfacial thermal resistances Si/CNT are dominant in the system. Thermal cycling tests enabled to assess the reliability of the thermal damper in an accelerated manner. The behavior of the PCM and the quality of the sealing material were optically analyzed. Besides, the infrared visualization of the CNT array through the semi-transparent silicon enabled to identify the highest of both Si/CNT interfacial thermal resistances. Finally, a non-destructive testing method for the evaluation of the quality of Si/CNT interfaces was developed for the latest generation of thermal dampers.
Mot(s) clés libre(s) : Matériau à changement de phase, Chaleur, Résistance thermique, Stockage de chaleur, Cyclage thermique, Amortissement énergie, Thermic, Phase change materials (MCP), Heat, Thermal resistance, Heat storage, Thermal cycling, Energy cycling, Energy damping, Carbon nanotube
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Nguyen Khoa Duc. Electrical energy management of the vehicle network including electrified auxiliaries in HEV/PHEVs. 2016 / Thèses / accès numérique libre
Résumé
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Face à l'augmentation du prix du carburant et des exigences légales rigoureuses sur les émissions de gaz à effet de serre ces dernières années, les fabricants de camions doivent s'interroger davantage sur les nouvelles mesures techniques pour être plus compétitifs sur le marché. Dans ce contexte, l'électromobilité est l'une des approches les plus prometteuses pour répondre aux exigences ci-dessus, où sa solution principale est l'hybridation électrique du groupe motopropulseur. Parallèlement à cette solution, une autre solution technique de l'électromobilité, l'électrification auxiliaire qui apparaît récemment, devient aussi une solution attrayante non seulement pour le milieu universitaire, mais aussi pour les entreprises de l'automobile. Cependant, l'intégration de ces deux solutions dans un véhicule peut donner lieu à un problème de commande du système beaucoup plus compliqué, notamment en terme de gestion de l'énergie. L'objectif de ce travail est de concevoir une approche appropriée pour la conception de la commande auxiliaire électrifiée, qui peut gérer d'une part la stratégie de commande du groupe motopropulseur hybride électrique et, d'autre part, améliorer l'efficacité énergétique globale du véhicule. Tout d'abord, le travail se concentre sur un seul auxiliaire électrifié typique - le système d'alimentation en air. Pour ce cas simple, la modélisation et le contrôle à base d'énergie basés sur le contrôle prédictif (MPC) sont développés afin de minimiser la consommation d'énergie / l'efficacité de cet auxiliaire le long d'un cycle de conduite. En soulignant les difficultés à atteindre l'objectif en matière d'efficacité énergétique en considérant uniquement des unités auxiliaires, l'approche se concentre ensuite sur l'analyse d'impact du système auxiliaire sur l'efficacité énergétique globale du véhicule. La première étape de cette analyse propose une méthode générale pour simplifier le contrôleur de groupe motopropulseur de HEV / PHEVs. Ensuite, une méthode basée sur l'optimisation est présentée et appliquée sur un modèle de véhicule simplifié, qui contient le contrôleur de groupe motopropulseur simple obtenu à partir de l'étape ci-dessus. Cette méthode d'optimisation, qui est un contrôle en mode hors connexion et basée sur la méthode de programmation dynamique, permet de déterminer l'économie d'énergie maximale réalisable du véhicule lors de l'application d'une stratégie de contrôle avancée sur le système auxiliaire électrifié. De plus, certaines idées / règles pour concevoir le contrôle auxiliaire sont également tirées des résultats obtenus avec la méthode ci-dessus. Pour une mise en oeuvre en ligne de ces concepts, un contrôle multi-agent est finalement adopté pour la commande du système auxiliaire électrifié (EAS). Sur la base des résultats de l'étape d'analyse d'impact et d'un modèle simple de l'EAS, trois paramètres de contrôle pour l'EAS (centralisé, hiérarchisé et distribué) sont étudiés et discutés. Enfin, différents algorithmes pour ces paramètres de contrôle sont fournis, puis comparés pour indiquer les avantages et les limites de chaque algorithme.
Facing to the increase of fuel price and stringent legal requirements on the greenhouse gas emission in recent years, truck manufacturers have to investi-gate more on new technical measures to be more competitive on the market. Within this context, electromobility rises as one of the most promising approaches to answer to above requirements, where its principle solution is the electric hybridization of powertrain. In parallel with this solution, another technical solution of electromobility- the auxiliary electrification that appears recently becomes also an attractive solution for not only the academic community but also the automotive companies. However, the integration of these two solutions together in a vehicle can give rise to a much more complicated system control problem, especially in term of energy management. The objective of this work is to figure out an appropriate approach for designing the electrified auxiliary control, which can cope with the control strategy of the electric hybrid powertrain on one hand, and can improve the overall energy efficiency of the vehicle on the other hand. Firstly, the work focuses on only one typical electrified auxiliary- the air supply system. For this simple case, energy-based modeling and control based on predictive control (MPC) are developed in order to minimize the energy consumption/efficiency of this auxiliary along a driving cycle. By pointing out the difficulties for reaching the target on the energy efficiency when considering only auxiliary units, the approach focuses then on the impact analysis of the auxiliary system on the overall vehicle s energy efficiency. The first step of this analysis proposes a general method to simplify the powertrain controller of HEV/PHEVs. Then, an optimization-based method is presented and applied on a simplified vehicle model, which contains the simple powertrain controller obtained from the above step. This optimization method, which is an offline con-trol and based on the dynamic programming method, allows us to determine the maximal achievable energy saving of the vehicle when applying an advanced control strategy on the electrified auxiliary system. Additionally, some ideas/rules for designing the auxiliary control are drawn as well from the results obtained with the above method. Toward an online implementation of these concepts, a multi-agent based control is finally adopted for controlling the electrified auxiliary system (EAS). Based on the results of the impact analysis step and a simple model of the EAS, three control settings for the EAS (centralized, hierarchical, and distributed) are studied and discussed. Finally, different algorithms for these control settings are provided, and then compared to point out the advantages and limitations of each algorithm.
Mot(s) clés libre(s) : Energie électrique, Véhicules électrique, Electromobilité, Mobilité, Théorie des jeux, Commande électrique, Volvo, Consommation énergétique, Programmation dynamique, Système multiagents, Electric energy, Electric vehicle, Electromobility, Mobility, Theory of games, Electric control, Energy use, Dynamic programming, Multi-agents systems
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Milord Laurent. Dispositifs photoniques innovants pour le piégeage optique : Cavité étendue à double période et structure hybride cristal photonique-nano antenne. 2016 / Thèses / accès numérique libre
Résumé
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Depuis les premiers travaux d'Ashkin sur les pinces optiques classiques, beaucoup d'efforts ont été fait pour piéger des nano particules. Néanmoins, elles peuvent difficilement piéger des particules inférieures à 200 nm à cause des limites imposées par la diffraction. Cette limite peut être dépassée grâce aux forces optiques de gradient provenant du champ évanescent généré et amplifié par des nano cavités photoniques. Cependant, cette approche est confrontée à deux verrous importants pour les applications : La surface de piégeage est très faible ce qui rend peu probable la capture d'une nanoparticule animée d'un mouvement brownien et pour les pinces ultimes de type nanoantenne où le mode est confiné dans des régions nanométriques, leur excitation en espace libre n'est pas très efficace. L'objectif de ce travail vise à lever ces deux verrous. Pour augmenter la surface de piégeage, nous présenterons d'abord une approche utilisant le mode de Bloch d'une cavité étendue à double période dans un cristal photonique fabriqué sur SOI. Nous montrerons que cette approche permet le piégeage de particules de 200, 100 et 75 nm sur une surface étendue de 5x5 m en utilisant un faisceau laser d'excitation en espace libre. Dans un deuxième temps, nous nous intéresserons à l'excitation optique en espace libre de structures nanométriques. Nous présenterons une structure hybride nano antenne cristal photonique, où le cristal photonique joue le rôle de réservoir à photons pour la nano antenne. Cela permet ainsi un effet entonnoir à photon où la lumière issu d'un faisceau large (5 m) est concentrée dans la nanoantenne. Nous démontrerons la pertinence de cette approche par le piégeage particules de 100 nm.
Since the first work on optical tweezers by Ashkin, a lot of efforts have been made to trap nanoparticles. However, optical tweezers are diffraction limited and can hardly trap particles below 200 nm. This limit can be overstepped using the optical gradient forces of an evanescent field generated and amplified by a photonic nano cavity. Nonetheless, this approach faces two major issues for applications: the trapping section is very small, making the capture of a Brownian motion animated particle very unlikely, and for the ultimate nano antennas with nanometric optical modes, their excitation from free space is not effective. The goal of this work is to overcome these two difficulties. To increase the trapping surface, we will first present a device using slow Bloch modes within a double period extended cavity designed in a photonic crystal made out of SOI. We will show that this approach allow for the trapping of 200, 100 and 75 nm particles on an extended surface of 5x5 m using a free space laser beam excitation. Secondly, we will investigate the free space excitation of nanometric structures. A photonic crystal nano antenna mixed structure will be presented, where the photonic crystal is used as a photon pool for the nano antenna. This lead to a funnel effect where the light coming from a large free space laser beam (5 m wide) is focused into the nano antenna. The trapping of 100 nm particles will demonstrate the relevance of this approach.
Mot(s) clés libre(s) : Physique du bâtiment, Optique, Laser, Pinces optiques, Cavité, Cristal photonique, Photonique, Diffraction, Physics, Optics, Optical tweezer, Nanoparticules, Cavity, Photonic crystal, Photonics
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Houachtia Afef. Dielectric investigations on attograms and zeptograms of matter. 2016 / Thèses / accès numérique libre
Résumé
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Les recherches sur des attogrammes (1 attogramme = 10 -18 gramme) et zeptogrammes (1 zeptogramme = 10-21 gramme) de matière offrent la possibilité de mettre en évidence la transition entre la nanoscience et la physique des molécules, ouvrant la porte à des questions fondamentales en physique de la matière molle, comme par exemple Quelle est la quantité minimale de matière nécessaire pour définir les propriétés des matériaux ? . Les propriétés électriques et diélectriques des matériaux, à cette échelle, sont étudiées par la spectroscopie diélectrique. Cette technique offre une large gamme de fréquence, pour mesurer les propriétés diélectriques des matériaux, couvrant plus de 10 ordres de grandeur et allant de 10-3 à 10+7 Hz. Cette technique assure une caractérisation précise d'une grande diversité des phénomènes physiques qui se déroulent à des échelles de longueur et de temps différents, tels que: les transitions des phases, les fluctuations de densité, les fluctuations moléculaires, le transport des charges, etc. Les mesures à l'échelle des attogrammes et zeptogrammes nécessitent l'utilisation des cellules ayant des dimensions nanométriques. Basé sur le concept d'utiliser des nano-conteneurs comme des cellules expérimentales, un développement expérimental a été mis en évidence, dans cette thèse, permettant d'étudier la dynamique moléculaire et les transitions des phases des matériaux polymères, allant jusqu'au zeptogrammes de matière. Cette approche permet de cristalliser des très petites quantités des matériaux sous l'application d'un champ électrique élevé, dans le but d'induire une cohérence macroscopique des fonctions moléculaires. Cela peut donner lieu à des nouvelles propriétés des matériaux, qui n'existent pas dans le cas des matériaux en masse.
Dielectric investigations on attograms (1 attogram = 10 -18 gram) and zeptograms of matter (1 zeptogram = 10 -21 gram) offer the possibility of exploring the transition between nanoscience and molecule physics, opening the door for fundamental questions in soft-matter physics, such as for instance What is the minimum amount of matter necessary to define the material properties? . The electric and dielectric properties of materials at this level are investigated by Broadband Dielectric Spectroscopy. This technique provides an extraordinary broad frequency range, for measuring dielectric properties of matter, covering more than 10 orders of magnitude, typically from 10-3 to 10+7Hz. It ensures a precise characterization of large diversity of physical phenomena taking place at different length and time scales such as: phase transitions, density fluctuations, molecular fluctuations, charge transport processes, etc. Measurements on the scale of attograms and zeptograms require sample cells having all three dimensions on the nanometric length-scale. Based on the concept of employing nanocontainers as experimental cells, a novel experimental development allowing investigations on molecular dynamics and phase transitions of polymeric materials down to the level of zeptograms is demonstrated in the present PhD study. This approach enables one to crystallize tiny amounts of matter under high electric fields with the goal of inducing a macroscopic coherence of molecular functionalities. This could give rise to new material properties, not naturally available in the case of bulk materials.
Mot(s) clés libre(s) : Nanomateriaux, Polymère, Attogramme, Zeptogramme, Nano réservoir, Liquide ionique, Propriété diélectrique, Nanomaterials, Polymers, Attogram, Zeptogram, Phase Transition, Nanocontainer, Tonic liquid, Dielectric property
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Neverova Natalia. Deep learning for human motion analysis. 2016 / Thèses / accès numérique libre
Résumé
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L'objectif de ce travail est de développer des méthodes avancées d'apprentissage pour l'analyse et l'interprétation automatique du mouvement humain à partir de sources d'information diverses, telles que les images, les vidéos, les cartes de profondeur, les données de type MoCap (capture de mouvement), les signaux audio et les données issues de capteurs inertiels. A cet effet, nous proposons plusieurs modèles neuronaux et des algorithmes d'entrainement associés pour l'apprentissage supervisé et semi-supervisé de caractéristiques. Nous proposons des approches de modélisation des dépendances temporelles, et nous montrons leur efficacité sur un ensemble de tâches fondamentales, comprenant la détection, la classification, l'estimation de paramètres et la vérification des utilisateurs (la biométrie). En explorant différentes stratégies de fusion, nous montrons que la fusion des modalités à plusieurs échelles spatiales et temporelles conduit à une augmentation significative des taux de reconnaissance, ce qui permet au modèle de compenser les erreurs des classifieurs individuels et le bruit dans les différents canaux. En outre, la technique proposée assure la robustesse du classifieur face à la perte éventuelle d'un ou de plusieurs canaux. Dans un deuxième temps nous abordons le problème de l'estimation de la posture de la main en présentant une nouvelle méthode de régression à partir d'images de profondeur. Dernièrement, dans le cadre d'un projet séparé (mais lié thématiquement), nous explorons des modèles temporels pour l'authentification automatique des utilisateurs de smartphones à partir de leurs habitudes de tenir, de bouger et de déplacer leurs téléphones. Dans ce contexte, les données sont acquises par des capteurs inertiels embraqués dans les appareils mobiles.
The research goal of this work is to develop learning methods advancing automatic analysis and interpreting of human motion from different perspectives and based on various sources of information, such as images, video, depth, mocap data, audio and inertial sensors. For this purpose, we propose a several deep neural models and associated training algorithms for supervised classification and semi-supervised feature learning, as well as modelling of temporal dependencies, and show their efficiency on a set of fundamental tasks, including detection, classification, parameter estimation and user verification. First, we present a method for human action and gesture spotting and classification based on multi-scale and multi-modal deep learning from visual signals (such as video, depth and mocap data). Key to our technique is a training strategy which exploits, first, careful initialization of individual modalities and, second, gradual fusion involving random dropping of separate channels (dubbed ModDrop) for learning cross-modality correlations while preserving uniqueness of each modality-specific representation. Moving forward, from 1 to N mapping to continuous evaluation of gesture parameters, we address the problem of hand pose estimation and present a new method for regression on depth images, based on semi-supervised learning using convolutional deep neural networks, where raw depth data is fused with an intermediate representation in the form of a segmentation of the hand into parts. In separate but related work, we explore convolutional temporal models for human authentication based on their motion patterns. In this project, the data is captured by inertial sensors (such as accelerometers and gyroscopes) built in mobile devices. We propose an optimized shift-invariant dense convolutional mechanism and incorporate the discriminatively-trained dynamic features in a probabilistic generative framework taking into account temporal characteristics. Our results demonstrate, that human kinematics convey important information about user identity and can serve as a valuable component of multi-modal authentication systems.
Mot(s) clés libre(s) : Informatique, Intelligence artificielle, Reconnaissance de mouvement, Analyse du mouvement humain, Estimation de la posture, Apprentissage profond, Information technology, Artificial intelligence, Movement recognition, Human motion analysis, Pose estimation, Deep learning
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Lebre Marie-Ange. De l'impact d'une décision locale et autonome sur les systèmes de transport intelligent à différentes échelles. 2016 / Thèses / accès numérique libre
Résumé
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Cette thèse présente des applications véhiculaires à différentes échelles : de la petite qui permet d'effectuer des tests réels de communication et de service ; à des plus grandes incluant plus de contraintes mais permettant des simulations sur l'ensemble du réseau. Dans ce contexte nous soulignons l'importance d'avoir et de traiter des données réelles afin de pouvoir interpréter correctement les résultats. A travers ces échelles nous proposons différents services utilisant la communication V2V et V2I. Nous ne prétendons pas prendre le contrôle du véhicule, notre but est de montrer le potentiel de la communication à travers différents services. La petite échelle se focalise sur un service à un feu de circulation permettant d'améliorer les temps de parcours et d'attente, et la consommation en CO2 et en carburant. La moyenne échelle se situant sur un rond-point, permet grâce à un algorithme décentralisé, d'améliorer ces mêmes paramètres, mais montre également qu'avec une prise de décision simple et décentralisée, le système est robuste face à la perte de paquet, à la densité, aux comportements humains ou encore aux taux d'équipement. Enfin à l'échelle d'une ville, nous montrons que grâce à des décisions prises de manière locale et décentralisée, avec seulement un accès à une information partielle dans le réseau, nous obtenons des résultats proches des solutions centralisées. La quantité de données transitant ainsi dans le réseau est considérablement diminuée. Nous testons également la réponse de ces systèmes en cas de perturbation plus ou moins importante tels que des travaux, un acte terroriste ou une catastrophe naturelle. Les modèles permettant une prise de décision locale grâce aux informations délivrées autour du véhicule montrent leur potentiel que se soit avec de la communication avec l'infrastructure V2I ou entre les véhicules V2V.
In this thesis we present vehicular applications across different scales: from small scale that allows real tests of communication and services; to larger scales that include more constraints but allowing simulations on the entire network. In this context, we highlight the importance of real data and real urban topology in order to properly interpret the results of simulations. We describe different services using V2V and V2I communication. In each of them we do not pretend to take control of the vehicle, the driver is present in his vehicle, our goal is to show the potential of communication through services taking into account the difficulties outlined above. In the small scale, we focus on a service with a traffic light that improves travel times, waiting times and CO2 and fuel consumption. The medium scale is a roundabout, it allows, through a decentralized algorithm, to improve the same parameters. It also shows that with a simple and decentralized decision-making process, the system is robust to packet loss, density, human behavior or equipment rate. Finally on the scale of a city, we show that local and decentralized decisions, with only a partial access to information in the network, lead to results close to centralized solutions. The amount of data in the network is greatly reduced. We also test the response of these systems in case of significant disruption in the network such as roadworks, terrorist attack or natural disaster. Models, allowing local decision thanks to information delivered around the vehicle, show their potential whatsoever with the V2I communication or V2V.
Mot(s) clés libre(s) : Télécommunications, Réseaux de télécommunications, Système de transport intelligent, Prise de décision, Information partielle et locale, Intersections autonomes, Communications véhiculaires, Test à petite échelle, Test à grandes échelles, Communications Vehicle to Vehicle - V2V, Communications Vehicle to Infrastructure - V2I, Telecommunications, Telecommunications network, Intelligent transportation system, Decision making, Partial et local information, Autonomous intersections, Vehicular communications, Vehicle to vehicle -V2V communications, Vehicule to infrastructure -V2I communications
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Gendrin Martin. Contribution au développement d'une mini-pelle tout-électrique : Approche prédictive pour la commande efficace et compliante des actionneurs électromécaniques. 2016 / Thèses / accès numérique libre
Résumé
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Les actionneurs électromécaniques supplantent les solutions d'actionnement hydrauliques concurrentes dans un nombre croissant d'applications industrielles, particulièrement en aéronautique. Ils le doivent à leurs rendements élevés et à une relative simplicité de commande. Fort de ces avantages, cette technologie a été mise en place dans le cadre du projet ELEXC, en vue de remplacer les vérins hydrauliques sur une mini-excavatrice tout-électrique et s'attaquant pour la première fois au secteur du bâtiment et des travaux publics. Cependant, cette intégration s'accompagne de doutes sur la performance et la durabilité de ces actionneurs dans ce cas précis d'utilisation. Pour répondre à ces interrogations, ce manuscrit se focalisera dans un premier volet sur la caractérisation des performances d'une structure spécifique, permise par la mise en place d'un banc de test multi-énergies instrumenté. Cette étude aboutira à la mise en place d'un modèle par lois physiques dont les paramètres auront été identifiés expérimentalement. Deux solutions innovantes vont ensuite être proposées, visant respectivement à réduire les répercussions, notamment énergétiques, de la caractéristique discrète du convertisseur à découpage, et à parer au manque de compliance de l'actionneur tout en conservant ses capacités de creusage. Elles seront toutes deux associées au concept de commande prédictive, mais offriront chacune une spécificité par rapport à l'implémentation standard de ce type de commande tout en conservant ses avantages. La première prendra la forme d'un modulateur fondé sur le principe d'une modulation de largeur d'impulsion vectorielle, dont la séquence sera sélectionnée par un contrôleur prédictif en rapport avec une fonction de coût alliant les ondulations de courant, les pertes par commutation et la tension de mode commun spécifiques aux séquences. La seconde consistera en un contrôleur d'impédance à boucle de position interne, dont les paramètres d'impédance seront variables et définis par un contrôleur prédictif afin de permettre une bonne pénétration dans l'environnement tout en limitant la dynamique et la valeur maximale de l'effort de compression sur la transmission.
Nowadays, the electro-mechanical actuators (EMA) are seen as an alternative to the conventional hydraulic cylinders in a growing number of industrial applications, including the aeronautic sector, thanks to their high efficiency and relatively simple commandability. According to this features, this actuator technology was selected to replace the hydraulic cylinders of the actuation system of a full-electric compact excavator in the ELEXC project. However, some concerns arose from the lack of existing examples with EMA functioning in relatively severe working conditions implying collisions of the actuators with stiff environments. Therefore, this manuscript will first focus on the characterization of the electro-mechanical actuator and of its performances in this specific case of application, enabled by the development of a multi-energy test-rig. Beside the validation of the EMA capacities, a physic law model will be developed, and its parameters tuned according to the experimental results. In a second part of this manuscript, two novel control laws will be proposed, aiming respectively to reduce the negative repercussions of the discrete characteristic of the electrical converter, and to counterpart the lack of natural compliance of the mechanical actuator. They will be both based on the concept of predictive control, but will differ from the conventional implementation of this type of controller. The first proposed topology is a modulator based on a vector Pulse Width Modulation, in which the PWM sequence to be used is defined online by a predictive controller according to a cost function that takes into account the current ripples, the switching losses and the common mode voltages specific to the sequences. Next, a position-based impedance controller, whose impedance parameters are defined online by a predictive controller, is introduced, in order to enable the EMA to penetrate a stiff environment with a relatively low dynamic increase of compression force on the mechanical transmission.
Mot(s) clés libre(s) : Automatique, Actionneur électromécanique, Performances électriques, Modulateur, Contrôle prédictif, Modélisation, Transmission mécanique, Onduleur triphasé, Excavation, Automatics, Automatic control, Electromechanical actuator, Electronical performance, Predictive control, Modelling, Mechanical transmission, Three phase inverter, Compliance, Excavation parameter
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Khaled Firas. Contribution à la valorisation electrique des piles à combustible microbiennes. 2016 / Thèses / accès numérique libre
Résumé
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Les Piles à Combustible Microbiennes (PCMs) produisent de l'électricité à partir de la dégradation de matières organiques par des bactéries. Les PCMs sont considérées comme des micro- génératrices à faible tension et faible puissance. Dans le but de récupérer l'énergie électrique produite afin de pouvoir alimenter des capteurs autonomes, des architectures mettant en œuvre plusieurs piles seront préférées. L'association d'un grand nombre de PCMs individuelles offre des perspectives très intéressantes notamment au niveau de la production d'énergie électrique. Cela permet d'atteindre des niveaux de tension acceptables en sortie et permet de mutualiser les puissances électriques de chaque cellule. L'association série d'un grand nombre de PCMs est un défi en soi à cause des couplages hydrauliques (lorsque les PCMs partagent le même substrat) et à cause des non-uniformités entre générateurs qui mènent à une association non-efficace. Les circuits d'équilibrage de tension peuvent être une solution pour compenser ces inhomogénéités. Ils peuvent améliorer l'efficacité de l'association et prévenir le phénomène d'inversion de tension. L'association hydraulique des biopiles permet d'éviter la chute de puissance liée au manque de carburant. Une fuite de charge entre les PCMs va diminuer le rendement global de l association. Le débit du flux doit être contrôlé pour éliminer ce problème. Un flux de la cathode vers l'anode provoque des pertes supplémentaires dues à la fuite d'oxygène. La récupération d'énergie à partir de PCMs nécessite une unité de gestion d'énergie qui adapte la tension et contrôle le fonctionnement de la PCM. Un convertisseur flyback à faible tension d entrée, autonome et auto-démarrant a été conçu et optimisé pour la récupération d'énergie à partir des PCMs. La récupération d'énergie à partir des PCMs peut être présentée comme une source alternative pour éliminer les batteries dans les applications de faible puissance (capteur autonome).
Microbial Fuel Cells (MFCs) are bioreactors that convert chemical energy in organic compounds to electrical energy through the metabolism of microorganisms. Organic matters are widely available in the environment that contains a huge amount of energy. This energy could be harvested, converted, by the technology of MFCs, to be used in certain applications. Energy production of a MFC is limited in low voltage value and low-power values what limits the potential applications. To step-up the voltage of MFCs to be suitable for real applications, an efficient power management unit (PMU) is required with a specific design to deal with their characteristics. A flyback converter under discontinuous conduction mode (DCM) is the most adapted to such low-power source like MFCs, offers a simple implementation, and low losses conversion system. The flyback converter has a good efficiency that can reach 75% with one MFC and about 80% when it is supplied by a serial stack of MFCs. Associations of MFCs are very interesting to increase the output power and expand the domain of application. Parallel association is a method to increase the output current but it imposes limitations in conversion efficiency due to the low output voltage of the stack. Contrarily, the serial association steps-up the voltage what leads to better performance of the converter. However the non-uniformities between cells in a serial stack affect negatively the performance of the stack. Voltage balancing circuits are considered as the solution to compensate this phenomenon. In the switched-capacitor method, an external capacitor is used to transfer the energy from the strongest MFC(s) to the weakest one(s). The losses in the switched-capacitor circuit are less than the losses of the switched-MFCs. The switched-capacitor offers an efficient, simple, low consumption method to optimize the performance and prevent the voltage reversal of the weak cells. Integration of this circuit can optimize the efficiency. Continuous operation mode by hydraulically connection between MFCs can continuously refresh the substrate to give an autonomous energy harvesting system. On the other hand, in some applications, e.g. a wastewater treatment plant, MFCs could not be hydraulically isolated. In this configuration, a leakage charge between the associated MFCs will decrease the global efficiency. The flow rate has to be controlled to eliminate this problem. A flow from cathodes to anodes causes additional losses due to the oxygen leakage. A temperature sensor is continuously supplied by alternatively connecting two MFCs. Each MFC supplies the sensor for two days. The flyback converter is able to continuously supply the sensor from the energy harvested from one continuously-fed MFC. This could be a good example, in a wastewater treatment plant (WWTP), to supply monitoring systems or also to supply low power applications of a building from a local WWTP.
Mot(s) clés libre(s) : Electrotechnique, Pile à combustible, Pile à combustible microbienne, Récupération d'énergie, Gestion de l'énergie, Energie renouvelable, Electrotechnics, Fuel cell, Microbial full cell - MFC, Energy haversting, Power management, Low-power applications, Renewable energy, DC/DC converter
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