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The investigation on mechanical behaviours of reinforcements and machining properties during manufacturing composites with complex shapes
The investigation on mechanical behaviours of reinforcements and machining properties during manufacturing composites with complex shapes


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Les caractéristiques mécaniques et le comportement à la déformabilité des renforts sont des connaissances essentielles pour optimiser les procédés de fabrication des composites notamment de formes complexes. Par ailleurs, les propriétés d'usinage des composites déterminent également grandement la performance en service des pièces composites. Cette thèse est consacrée aux trois aspects des procédés de fabrication et d'usinage afin d'explorer les caractéristiques particulières des propriétés mécaniques et des comportements de déformabilité des tissus tressés, qui sont des renforts textiles prometteurs et excellents pour les composites aux formes complexes. Mais également étudier les procédés d'usinage en utilisant la technique du jet d'eau abrasif afin d'améliorer encore l'efficacité de l'usinage sans sacrifier la qualité. Les caractéristiques mécaniques des renforts tressés, en particulier pour les composantes de cisaillement dans le plan, ont d'abord été étudiées et modélisées à partir d’essais de bias-test. Par ailleurs, les tresses triaxiales ont également fait l'objet d'une étude expérimentale de détermination des caractéristiques mécaniques relativement aux paramètres de tressage, tels que l'angle de tressage et le nombre de fils. Le comportement à la déformabilité des tresses triaxiales lors de l’étape de préformage a été analysé et corrélés avec les défauts associés en fonction des différentes conditions du procédé, telles que les pressions appliquées. De plus, l'évolution du comportement à la déformabilité en fonction de l'angle de tressage a été modélisée géométriquement et vérifiée par des résultats expérimentaux. La découpe améliorée multi-passe du jet d'eau abrasif a été introduite dans le processus d'usinage des composites grâce à l'exploration du mécanisme d'enlèvement de matière associée. Il a été conclu expérimentalement qu'une telle technique pouvait améliorer efficacement la qualité et l'efficacité de l'usinage.
The mechanical characteristics and deformability behaviours of reinforcements are essential knowledge to optimize manufacturing process composites with complex shapes. Meanwhile, the machining properties of composites also greatly determine the in-service performance of composite parts. This thesis is not only dedicated on the three aspects in manufacturing and machining processes to explore what characters the special features in the mechanical properties and deformability behaviours of braided fabrics, which are promising and excellent textile reinforcements for composites with complex shapes. But also to study machining processes using the abrasive water jet technique in order to further improve machining efficiency without sacrificing quality. The mechanical characteristics of braided fabrics, especially for in-plane shearing phenomenon, were originally investigated and modelled based on bias-extension test. In addition, triaxial braids were also the subject of an experimental study to determine the mechanical characteristics with regard to braiding parameters, such as braiding angle and number of yarns. The deformability behaviour of triaxial braids during the preforming step was analysed and correlated with the associated defects according to the different process conditions, such as the pressures applied. In addition, the evolution of the deformability behaviour as a function of the braiding angle was geometrically modelled and verified by experimental results. The upgraded multi-pass cutting of abrasive waterjet was firstly introduced into composites machining process based on the exploration of the corresponding material removal mechanism. It was experimentally concluded that such technique could effectively enhance the machining quality and efficiency.
Les caractéristiques mécaniques et le comportement à la déformabilité des renforts sont des connaissances essentielles pour optimiser les procédés de fabrication des composites notamment de formes complexes. Par ailleurs, les propriétés d'usinage des composites déterminent également grandement la performance en service des pièces composites. Cette thèse est consacrée aux trois aspects des procédés de fabrication et d'usinage afin d'explorer les caractéristiques particulières des propriétés mécaniques et des comportements de déformabilité des tissus tressés, qui sont des renforts textiles prometteurs et excellents pour les composites aux formes complexes. Mais également étudier les procédés d'usinage en utilisant la technique du jet d'eau abrasif afin d'améliorer encore l'efficacité de l'usinage sans sacrifier la qualité. Les caractéristiques mécaniques des renforts tressés, en particulier pour les composantes de cisaillement dans le plan, ont d'abord été étudiées et modélisées à partir d’essais de bias-test. Par ailleurs, les tresses triaxiales ont également fait l'objet d'une étude expérimentale de détermination des caractéristiques mécaniques relativement aux paramètres de tressage, tels que l'angle de tressage et le nombre de fils. Le comportement à la déformabilité des tresses triaxiales lors de l’étape de préformage a été analysé et corrélés avec les défauts associés en fonction des différentes conditions du procédé, telles que les pressions appliquées. De plus, l'évolution du comportement à la déformabilité en fonction de l'angle de tressage a été modélisée géométriquement et vérifiée par des résultats expérimentaux. La découpe améliorée multi-passe du jet d'eau abrasif a été introduite dans le processus d'usinage des composites grâce à l'exploration du mécanisme d'enlèvement de matière associée. Il a été conclu expérimentalement qu'une telle technique pouvait améliorer efficacement la qualité et l'efficacité de l'usinage.
The mechanical characteristics and deformability behaviours of reinforcements are essential knowledge to optimize manufacturing process composites with complex shapes. Meanwhile, the machining properties of composites also greatly determine the in-service performance of composite parts. This thesis is not only dedicated on the three aspects in manufacturing and machining processes to explore what characters the special features in the mechanical properties and deformability behaviours of braided fabrics, which are promising and excellent textile reinforcements for composites with complex shapes. But also to study machining processes using the abrasive water jet technique in order to further improve machining efficiency without sacrificing quality. The mechanical characteristics of braided fabrics, especially for in-plane shearing phenomenon, were originally investigated and modelled based on bias-extension test. In addition, triaxial braids were also the subject of an experimental study to determine the mechanical characteristics with regard to braiding parameters, such as braiding angle and number of yarns. The deformability behaviour of triaxial braids during the preforming step was analysed and correlated with the associated defects according to the different process conditions, such as the pressures applied. In addition, the evolution of the deformability behaviour as a function of the braiding angle was geometrically modelled and verified by experimental results. The upgraded multi-pass cutting of abrasive waterjet was firstly introduced into composites machining process based on the exploration of the corresponding material removal mechanism. It was experimentally concluded that such technique could effectively enhance the machining quality and efficiency.
27-11-2019
27-11-2019
Thèse
Thèse

Ingénierie de substrat par micro-usinage laser pour l’amélioration des performances de composants et fonctions RF intégrées en technologie SOI-CMOS
Ingénierie de substrat par micro-usinage laser pour l’amélioration des performances de composants et fonctions RF intégrées en technologie SOI-CMOS


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Dans l'industrie des semi-conducteurs, l'approche More-than-Moore constitue un facteur clé pour améliorer les performances du système, l'intégration et la diversification des applications. Dans le domaine des systèmes RF/hyperfréquences, il est essentiel de développer des fonctionnalités optimisées pour diverses exigences comme la linéarité, les pertes, la sensibilité, etc. Bien que la technologie silicium-sur-isolant (SOI) offre des solutions concurrentielles pour le marché des radiofréquences et des hyperfréquences, il a été démontré dans des études antérieures que l'ingénierie des substrats SOI permet d'améliorer encore les performances. Dans ce contexte, l'objet spécifique de ce travail de thèse a été d'étudier le traitement des substrats porteurs de tranches SOI (Silicium-sur-Isolant). L'objectif a consisté à enlever le substrat de silicium sous la zone active des fonctions RF pour obtenir des membranes SOI menant à des pertes RF réduites et une amélioration de la linéarité. Nous avons donc développé le procédé de micro-usinage et de gravure assistée par laser femtoseconde FLAME (Femtosecond Laser Assisted Micromachining and Etch) pour suspendre en membrane les fonctions RF intégrées sur un substrat SOI. Un taux d'ablation spécifique élevé de 8,5 x 106 µm3 s-1 a été obtenu pour produire des membranes dont la surface varie de quelques centaines de µm2 à plusieurs mm2. La caractérisation RF a été réalisée sur différentes fonctions RF suspendues : commutateurs, inductances et amplificateurs à faible bruit (LNA). Une comparaison avec des substrats SOI à haute résistivité montre des performances supérieures pour les fonctions RF intégrées en membranes. Pour le commutateur, les mesures de distorsion harmonique ont montré une amélioration de 23 dB et 6 dB des secondes et troisièmes harmoniques, respectivement. Des mesures en régime petit signal d'inductance sur membranes ont révélé un quasi-doublement du facteur de qualité Q jusqu'à 3,2 nH. L'élimination du substrat de l'inductance d'adaptation d'entrée des LNA entraine une réduction du facteur de bruit de ~0,1 dB. Ces résultats mettent en évidence le potentiel important que constitue l’ingénierie des substrats pour l'amélioration des performances RF des technologies CMOS. De plus, pour les besoins d'analyse en boucle courte, la méthode FLAME permet de quantifier très rapidement l'influence du substrat sur les pertes et la linéarité sans avoir recours à des techniques d’élimination complète. Un autre avantage distinctif de cette méthode est la possibilité de quantifier l'effet du substrat sur un circuit complet en suspendant un composant spécifique sans affecter les autres. Les méthodes de fabrication développées sont également applicables aux capteurs en technologie SOI, ce qui apporte une valeur ajoutée globale en ligne avec le paradigme More-than-Moore.
In semiconductor industry, the More-than-Moore approach is a key enabler for enhanced system performance, better integration and improved diversity of applications. Within the focus area of RF/microwave systems, it is essential to develop different functionalities which are optimized for various requirements like linearity, losses, sensitivity etc. While Silicon-on-Insulator (SOI) technology offers competitive solutions for RF/microwave market, it has been demonstrated in previous studies that SOI substrate engineering results in further performance gains. In this context, the specific goal of our work is the investigation of substrate processing of SOI RF functions using femtosecond laser ablation. The objective is to remove silicon handler substrate under the active area of the RF functions to obtain SOI membranes which have reduced RF losses and improved linearity. In this work, we have developed the Femtosecond Laser Assisted Micromachining and Etch (FLAME) process to suspend RF functions integrated on a SOI substrate. A high specific ablation rate of 8.5 x 106 µm3 s-1 has been achieved to produce membranes with a surface area ranging from few hundreds µm2 to several mm2. RF characterization has been performed on different suspended RF functions: switches, inductors and low noise amplifiers (LNA). A comparison with high-resistivity SOI substrates shows superior performance of RF functions integrated in suspended membranes. For the SP9T switch, harmonic distortion measurements showed an improvement of 23 dB and 6 dB of the second and third harmonic, respectively. Small signal measurements of inductors on membranes revealed a near doubling of the quality factor of inductors up to 3.2 nH. Substrate removal of input matching inductor on LNA resulted in reduction of noise figure by ~0.1 dB. These results highlight the great potential for use of substrate processing for improvement of RF performance in CMOS technology. In addition, for short loop analysis needs, the FLAME method allows to quantify the influence of the substrate on losses and linearity very quickly without the need for total substrate removal. Another distinctive advantage of this methodology is the ability to quantify the substrate effect on a full circuit by suspending a specific component while keeping other components unaffected. The developed fabrication methods are equally usable for sensor applications on SOI technology, which provides an overall added value in line with the More-than-Moore paradigm.
Dans l'industrie des semi-conducteurs, l'approche More-than-Moore constitue un facteur clé pour améliorer les performances du système, l'intégration et la diversification des applications. Dans le domaine des systèmes RF/hyperfréquences, il est essentiel de développer des fonctionnalités optimisées pour diverses exigences comme la linéarité, les pertes, la sensibilité, etc. Bien que la technologie silicium-sur-isolant (SOI) offre des solutions concurrentielles pour le marché des radiofréquences et des hyperfréquences, il a été démontré dans des études antérieures que l'ingénierie des substrats SOI permet d'améliorer encore les performances. Dans ce contexte, l'objet spécifique de ce travail de thèse a été d'étudier le traitement des substrats porteurs de tranches SOI (Silicium-sur-Isolant). L'objectif a consisté à enlever le substrat de silicium sous la zone active des fonctions RF pour obtenir des membranes SOI menant à des pertes RF réduites et une amélioration de la linéarité. Nous avons donc développé le procédé de micro-usinage et de gravure assistée par laser femtoseconde FLAME (Femtosecond Laser Assisted Micromachining and Etch) pour suspendre en membrane les fonctions RF intégrées sur un substrat SOI. Un taux d'ablation spécifique élevé de 8,5 x 106 µm3 s-1 a été obtenu pour produire des membranes dont la surface varie de quelques centaines de µm2 à plusieurs mm2. La caractérisation RF a été réalisée sur différentes fonctions RF suspendues : commutateurs, inductances et amplificateurs à faible bruit (LNA). Une comparaison avec des substrats SOI à haute résistivité montre des performances supérieures pour les fonctions RF intégrées en membranes. Pour le commutateur, les mesures de distorsion harmonique ont montré une amélioration de 23 dB et 6 dB des secondes et troisièmes harmoniques, respectivement. Des mesures en régime petit signal d'inductance sur membranes ont révélé un quasi-doublement du facteur de qualité Q jusqu'à 3,2 nH. L'élimination du substrat de l'inductance d'adaptation d'entrée des LNA entraine une réduction du facteur de bruit de ~0,1 dB. Ces résultats mettent en évidence le potentiel important que constitue l’ingénierie des substrats pour l'amélioration des performances RF des technologies CMOS. De plus, pour les besoins d'analyse en boucle courte, la méthode FLAME permet de quantifier très rapidement l'influence du substrat sur les pertes et la linéarité sans avoir recours à des techniques d’élimination complète. Un autre avantage distinctif de cette méthode est la possibilité de quantifier l'effet du substrat sur un circuit complet en suspendant un composant spécifique sans affecter les autres. Les méthodes de fabrication développées sont également applicables aux capteurs en technologie SOI, ce qui apporte une valeur ajoutée globale en ligne avec le paradigme More-than-Moore.
In semiconductor industry, the More-than-Moore approach is a key enabler for enhanced system performance, better integration and improved diversity of applications. Within the focus area of RF/microwave systems, it is essential to develop different functionalities which are optimized for various requirements like linearity, losses, sensitivity etc. While Silicon-on-Insulator (SOI) technology offers competitive solutions for RF/microwave market, it has been demonstrated in previous studies that SOI substrate engineering results in further performance gains. In this context, the specific goal of our work is the investigation of substrate processing of SOI RF functions using femtosecond laser ablation. The objective is to remove silicon handler substrate under the active area of the RF functions to obtain SOI membranes which have reduced RF losses and improved linearity. In this work, we have developed the Femtosecond Laser Assisted Micromachining and Etch (FLAME) process to suspend RF functions integrated on a SOI substrate. A high specific ablation rate of 8.5 x 106 µm3 s-1 has been achieved to produce membranes with a surface area ranging from few hundreds µm2 to several mm2. RF characterization has been performed on different suspended RF functions: switches, inductors and low noise amplifiers (LNA). A comparison with high-resistivity SOI substrates shows superior performance of RF functions integrated in suspended membranes. For the SP9T switch, harmonic distortion measurements showed an improvement of 23 dB and 6 dB of the second and third harmonic, respectively. Small signal measurements of inductors on membranes revealed a near doubling of the quality factor of inductors up to 3.2 nH. Substrate removal of input matching inductor on LNA resulted in reduction of noise figure by ~0.1 dB. These results highlight the great potential for use of substrate processing for improvement of RF performance in CMOS technology. In addition, for short loop analysis needs, the FLAME method allows to quantify the influence of the substrate on losses and linearity very quickly without the need for total substrate removal. Another distinctive advantage of this methodology is the ability to quantify the substrate effect on a full circuit by suspending a specific component while keeping other components unaffected. The developed fabrication methods are equally usable for sensor applications on SOI technology, which provides an overall added value in line with the More-than-Moore paradigm.
27-11-2019
27-11-2019
Thèse
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Étude expérimentale de la turbulence dans les zones à forts courants et de son impact sur les hydroliennes
Étude expérimentale de la turbulence dans les zones à forts courants et de son impact sur les hydroliennes


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Les eaux françaises présentent un fort potentiel pour des applications hydroliennes. Dans ces zones à forts courants, d'intenses fluctuations de vitesse sont observées dans la colonne d’eau. Elles proviennent essentiellement des variations bathymétriques du fond marin et peuvent avoir un fort impact sur la production d’énergie et la fatigue des turbines. Afin de comprendre la génération de structures tourbillonnaires dans le sillage d’obstacles et de constituer une base de données pour des études numériques, les conditions rencontrées dans le Raz-Blanchard sont reproduites expérimentalement, dans un bassin à houle et à courant, en similitude de Froude et avec un nombre de Reynolds aussi élevé que possible. Dans cette étude, les variations bathymétriques réelles sont représentées à l'aide d'éléments canoniques : un cube, un cylindre, un plan incliné ou des combinaisons des trois. On distingue alors les variations bathymétriques supérieures à la moyenne (obstacle unique) des cas de rugosités moyennes (combinaison d’obstacles). Afin de caractériser le sillage derrière ces obstacles et d'étudier l’évolution de la turbulence dans la colonne d’eau, des mesures PIV et LDV sont réalisées pour différents taux de turbulence de l'écoulement amont. Les résultats montrent que le cylindre seul produit le sillage le plus étendu. Dans ce cas, de larges structures tourbillonnaires, remontant jusqu’à la surface, sont identifiées. Le développement de méthodes de traitement et d'analyse des données permettent de détecter les centres tourbillonnaires et de déterminer les propriétés de ces tourbillons. L'impact du sillage du cylindre sur le fonctionnement d’une hydrolienne tri-pales à axe horizontal est ensuite étudié. Suivant le positionnement relatif de la turbine par rapport à l'obstacle, l'hydrolienne peut subir de grandes amplitudes de chargements liées aux fluctuations de vitesse engendrées par l'obstacle dans l'écoulement. La mesure des efforts sur les pales et du comportement dynamique de la machine permettent de quantifier ces variations de chargements. Elles dépendent des structures tourbillonnaires impactant la turbine et du cisaillement du profil de vitesse. Ces résultats pourront être exploités pour de futures analyses de fatigue de pales ou autres composantes des hydroliennes.
French waters have a strong potential for tidal turbines applications. In these areas of strong currents, intense velocity fluctuations are observed in the water column. They ultimately come from variations in seabed bathymetry and can have a strong impact on tidal turbine energy production and fatigue. In order to understand the turbulent structures generation in the wake of obstacles and to build a data base for future numerical studies, the Alderney Race conditions are reproduced experimentally, in a wave and current tank, in Froude similitude and with a Reynolds number as high as possible. In this study, real bathymetric variations are represented using canonical elements: a cube, a cylinder, an inclined plane or a combination of all three. Cases with bathymetric variations higher than average (obstacle alone) are differentiated from average rugosity cases (obstacles combined). In order to characterize the wake behind these obstacles and to study how turbulence evolve in the water column, PIV and LDV measurements are made for various turbulence rates of the incoming flow. Results show that the cylinder alone produces the most spread out wake. In that case, large scale turbulent structures, rising all the way to the surface, are identified. The development of processing methods and data analysis allows the detection of vortex centres and the determination of their properties. The cylinder wake impact on a tri-bladed horizontal axis turbine behaviour is then studied. Depending on the position of the turbine relative to the obstacle, the turbine can be subject to large amplitude loads due to velocity fluctuations generated by the presence of the obstacle in the flow. Force measurements on the blades and turbine dynamic behaviour characterization allow to quantify those load variations. They depend on the turbulent structures impacting the turbine and the shear in the velocity profile. The results obtained could be exploited for further fatigue analyses on blades or on other tidal turbine components.
Les eaux françaises présentent un fort potentiel pour des applications hydroliennes. Dans ces zones à forts courants, d'intenses fluctuations de vitesse sont observées dans la colonne d’eau. Elles proviennent essentiellement des variations bathymétriques du fond marin et peuvent avoir un fort impact sur la production d’énergie et la fatigue des turbines. Afin de comprendre la génération de structures tourbillonnaires dans le sillage d’obstacles et de constituer une base de données pour des études numériques, les conditions rencontrées dans le Raz-Blanchard sont reproduites expérimentalement, dans un bassin à houle et à courant, en similitude de Froude et avec un nombre de Reynolds aussi élevé que possible. Dans cette étude, les variations bathymétriques réelles sont représentées à l'aide d'éléments canoniques : un cube, un cylindre, un plan incliné ou des combinaisons des trois. On distingue alors les variations bathymétriques supérieures à la moyenne (obstacle unique) des cas de rugosités moyennes (combinaison d’obstacles). Afin de caractériser le sillage derrière ces obstacles et d'étudier l’évolution de la turbulence dans la colonne d’eau, des mesures PIV et LDV sont réalisées pour différents taux de turbulence de l'écoulement amont. Les résultats montrent que le cylindre seul produit le sillage le plus étendu. Dans ce cas, de larges structures tourbillonnaires, remontant jusqu’à la surface, sont identifiées. Le développement de méthodes de traitement et d'analyse des données permettent de détecter les centres tourbillonnaires et de déterminer les propriétés de ces tourbillons. L'impact du sillage du cylindre sur le fonctionnement d’une hydrolienne tri-pales à axe horizontal est ensuite étudié. Suivant le positionnement relatif de la turbine par rapport à l'obstacle, l'hydrolienne peut subir de grandes amplitudes de chargements liées aux fluctuations de vitesse engendrées par l'obstacle dans l'écoulement. La mesure des efforts sur les pales et du comportement dynamique de la machine permettent de quantifier ces variations de chargements. Elles dépendent des structures tourbillonnaires impactant la turbine et du cisaillement du profil de vitesse. Ces résultats pourront être exploités pour de futures analyses de fatigue de pales ou autres composantes des hydroliennes.
French waters have a strong potential for tidal turbines applications. In these areas of strong currents, intense velocity fluctuations are observed in the water column. They ultimately come from variations in seabed bathymetry and can have a strong impact on tidal turbine energy production and fatigue. In order to understand the turbulent structures generation in the wake of obstacles and to build a data base for future numerical studies, the Alderney Race conditions are reproduced experimentally, in a wave and current tank, in Froude similitude and with a Reynolds number as high as possible. In this study, real bathymetric variations are represented using canonical elements: a cube, a cylinder, an inclined plane or a combination of all three. Cases with bathymetric variations higher than average (obstacle alone) are differentiated from average rugosity cases (obstacles combined). In order to characterize the wake behind these obstacles and to study how turbulence evolve in the water column, PIV and LDV measurements are made for various turbulence rates of the incoming flow. Results show that the cylinder alone produces the most spread out wake. In that case, large scale turbulent structures, rising all the way to the surface, are identified. The development of processing methods and data analysis allows the detection of vortex centres and the determination of their properties. The cylinder wake impact on a tri-bladed horizontal axis turbine behaviour is then studied. Depending on the position of the turbine relative to the obstacle, the turbine can be subject to large amplitude loads due to velocity fluctuations generated by the presence of the obstacle in the flow. Force measurements on the blades and turbine dynamic behaviour characterization allow to quantify those load variations. They depend on the turbulent structures impacting the turbine and the shear in the velocity profile. The results obtained could be exploited for further fatigue analyses on blades or on other tidal turbine components.
26-11-2019
26-11-2019
Thèse
Thèse

Conception et réalisation des bobines PCB à base de matériau magnétique souple pour des convertisseurs HF
Conception et réalisation des bobines PCB à base de matériau magnétique souple pour des convertisseurs HF


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L'arrivée sur le marché des transistors au Nitrure de Gallium (GaN) permet l'augmentation de la fréquence de commutation des convertisseurs statiques. La conséquence directe est la réduction des dimensions des composants passifs et l'augmentation de la densité de puissance des convertisseurs. Les bobines utilisées pour le stockage et le filtrage sont des composants très volumineux et qui occupent une place importante dans les convertisseurs. Une solution permettant de réduire les dimensions de ces bobines consiste à augmenter la fréquence de fonctionnement des convertisseurs statiques grâce aux composants GaN. Les travaux de cette thèse portent sur la conception et la réalisation des bobines de stockage d'énergie, réalisées à partir de pistes de circuit imprimé (PCB) et de matériaux magnétiques souples. Ces bobines sont destinées aux convertisseurs DC-DC hautes fréquences (HF) à base de transistors GaN. Les matériaux magnétiques souples commercialisés sous forme de feuilles présentent des caractéristiques magnétiques adaptées aux applications hautes fréquences. Ainsi, elles peuvent être découpées en différentes formes géométriques. Dans le cadre de cette thèse, nous avons proposé une méthode de conception des bobines PCB à base de matériaux souples pour les convertisseurs HF. Elle est basée sur un algorithme d'optimisation du volume de la bobine en prenant compte les contraintes thermiques du matériau magnétique, mais également des capacités parasites qui apparaissent en HF. La bobine ainsi conçue est réalisée puis caractérisée afin de valider l’outil de conception proposé. La dernière étape consiste à intégrer la bobine obtenue dans un convertisseur Boost synchrone à base de transistors GaN commutant à une fréquence de 1 MHz. Dans le but de tenir compte finement des contraintes thermiques durant la phase de conception de la bobine, des améliorations sont proposées, on se basant sur les résultats de validation expérimentale.
The arrival on the market of GaN power transistors allow to increase the operating frequency of static converters. The direct consequence is the reduction of the dimensions of the passive components which leads to increase the converter power density. Inductors used for storage and filtering of electrical energy are very bulky components and occupy an important place in the converters. One solution for reducing the dimensions of these inductors is to increase the operating frequency of the static converters, made possible thanks to the GaN components. The work of this thesis is about the design and realization of energy storage inductor, made from printed circuit board (PCB) tracks and flexible magnetic materials for high frequency DC-DC converters based on GaN transistors. Flexible magnetic materials marketed in the form of sheets have magnetic characteristics suitable for high frequency applications. Also, they can be cut into different geometric shapes. As part of this thesis, we have proposed a design method for PCB inductors based on flexible materials for high frequency converters. It is based on an algorithm for optimizing the volume of the inductor taking into account the thermal issues of the magnetic material and the parasitic capacitances which appear at high frequencies. The designed inductor is then characterized in order to validate the proposed design tool. The last step is to integrate the obtained inductor in a synchronous Boost converter based on GaN transistors of 1MHz operating frequency to evaluate its electrical and thermal performances. In order to take into account finely the thermal constraints in the design of the inductor, improvements are proposed, based on the results of experimental validation.
L'arrivée sur le marché des transistors au Nitrure de Gallium (GaN) permet l'augmentation de la fréquence de commutation des convertisseurs statiques. La conséquence directe est la réduction des dimensions des composants passifs et l'augmentation de la densité de puissance des convertisseurs. Les bobines utilisées pour le stockage et le filtrage sont des composants très volumineux et qui occupent une place importante dans les convertisseurs. Une solution permettant de réduire les dimensions de ces bobines consiste à augmenter la fréquence de fonctionnement des convertisseurs statiques grâce aux composants GaN. Les travaux de cette thèse portent sur la conception et la réalisation des bobines de stockage d'énergie, réalisées à partir de pistes de circuit imprimé (PCB) et de matériaux magnétiques souples. Ces bobines sont destinées aux convertisseurs DC-DC hautes fréquences (HF) à base de transistors GaN. Les matériaux magnétiques souples commercialisés sous forme de feuilles présentent des caractéristiques magnétiques adaptées aux applications hautes fréquences. Ainsi, elles peuvent être découpées en différentes formes géométriques. Dans le cadre de cette thèse, nous avons proposé une méthode de conception des bobines PCB à base de matériaux souples pour les convertisseurs HF. Elle est basée sur un algorithme d'optimisation du volume de la bobine en prenant compte les contraintes thermiques du matériau magnétique, mais également des capacités parasites qui apparaissent en HF. La bobine ainsi conçue est réalisée puis caractérisée afin de valider l’outil de conception proposé. La dernière étape consiste à intégrer la bobine obtenue dans un convertisseur Boost synchrone à base de transistors GaN commutant à une fréquence de 1 MHz. Dans le but de tenir compte finement des contraintes thermiques durant la phase de conception de la bobine, des améliorations sont proposées, on se basant sur les résultats de validation expérimentale.
The arrival on the market of GaN power transistors allow to increase the operating frequency of static converters. The direct consequence is the reduction of the dimensions of the passive components which leads to increase the converter power density. Inductors used for storage and filtering of electrical energy are very bulky components and occupy an important place in the converters. One solution for reducing the dimensions of these inductors is to increase the operating frequency of the static converters, made possible thanks to the GaN components. The work of this thesis is about the design and realization of energy storage inductor, made from printed circuit board (PCB) tracks and flexible magnetic materials for high frequency DC-DC converters based on GaN transistors. Flexible magnetic materials marketed in the form of sheets have magnetic characteristics suitable for high frequency applications. Also, they can be cut into different geometric shapes. As part of this thesis, we have proposed a design method for PCB inductors based on flexible materials for high frequency converters. It is based on an algorithm for optimizing the volume of the inductor taking into account the thermal issues of the magnetic material and the parasitic capacitances which appear at high frequencies. The designed inductor is then characterized in order to validate the proposed design tool. The last step is to integrate the obtained inductor in a synchronous Boost converter based on GaN transistors of 1MHz operating frequency to evaluate its electrical and thermal performances. In order to take into account finely the thermal constraints in the design of the inductor, improvements are proposed, based on the results of experimental validation.
25-11-2019
25-11-2019
Thèse
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Développement des textiles instrumentés intégrant des électrodes organiques de mesure de bio-potentiel
Développement des textiles instrumentés intégrant des électrodes organiques de mesure de bio-potentiel


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Les maladies cardiovasculaires sont les premières causes de mortalités dans le monde. La manière la plus efficace de combattre ces maladies est le suivi en temps réel de l’électrocardiogramme (ECG) qui traduit les signaux électriques générés par les cellules cardiaques. Le signal ECG fournit aux cardiologues toutes les informations nécessaires pour diagnostiquer les pathologies cardiaques. De nos jours, l’électrocardiogramme s’enregistre en cabinet à l’aide d’électrodes cutanées à base d’argent et chlorure de l’argent (Ag/AgCl). Celles-ci ne sont pas conçues pour un usage prolongé et peuvent provoquer des irritations de la peau à cause du gel ionique qui les compose et qui sert à réduire l’impédance de l’interface électrode/peau. Dans cette thèse, des électrodes textiles flexibles fonctionnant sans aucun gel ionique ont été développées en tant qu’alternatives aux électrodes médicales (Ag/AgCl). Notre approche est basée sur la modification d’encres conductrices à base du polymère intrinsèquement conducteur, le poly (3,4-éthylènedioxythiophène) poly(styrènesulfonate) (PEDOT:PSS) compatible avec les substrats textiles choisis. La réalisation des électrodes fait appel à des techniques de fabrication qui peuvent être transférées facilement à l’industrie textile. Des caractérisations ont été mises en places afin d’évaluer la fiabilité de ces systèmes avant et après 50 lavages en machine de laboratoire et domestique. En l’occurrence, la résistivité surfacique des électrodes-capteurs, la modélisation de l’interface électrode/peau, l’analyse du signal ECG en statique et en dynamique, la densité spectrale de puissance du signal ECG, le rapport signal sur bruit (SNR) ont été analysés et comparés à des électrodes commerciales à base d’argent. Comme nos électrodes-capteurs développées possèdent un véritable potentiel clinique et industriel, nous avons également étudié la faisabilité de la connectique et sa durabilité. La solution retenue se compose de deux fils conducteurs en polyamide argenté, existants sur le marché, brodés pour réaliser les connexions entre les électrodes-capteurs textiles et un module électronique flexible à base d’un film composite (polyester-aluminium). De plus deux méthodes d’encapsulation des systèmes ont été également développées en vue de leur protection au lavage et futur commercialisation.
Cardiovascular diseases are the leading cause of death worldwide. The most effective way to combat these diseases is the real-time monitoring of the electrocardiogram (ECG) that reflect the electrical signals generated by the heart cells. The ECG signal provides to cardiologists all the information needed to diagnose heart diseases. So far, the electrocardiogram is recorded by using the cutaneous conventional medical electrodes (Ag/AgCl) based on silver and silver chloride. These electrodes are not destined for long-term use and can provoke skin irritation because of the ionic gel that serves to reduce the impedance of the electrode / skin interface. In this thesis, flexible textile electrodes operating without any ionic gel have been developed as alternatives to medical electrodes (Ag/AgCl). Our approach is based on the modification of conductive inks based on the intrinsically conductive polymer, poly (3,4-ethylenedioxythiophene) poly (styrenesulfonate) (PEDOT: PSS) compatible with selected textile substrates. The realization of the electrodes uses manufacturing techniques that can be easily transferred to the textile industry. Characterizations were set up to evaluate the reliability of these systems before and after 50 washes in laboratory and domestic machines. In this case, the surface resistivity of the electrodes-sensors, the modeling of the electrode/skin interface, the analysis of the ECG signal in static and dynamic, the spectral power density of the ECG signal, the signal-to-noise ratio (SNR) were analyzed and compared to commercial silver-based electrodes. As our developed sensor electrodes have a real clinical and industrial potential, we have also studied the feasibility of the connection and its durability. The chosen solution consists of two silver-plated polyamide threads, which are available on the market, embroidered to make the connections between the textile sensor electrodes and a flexible electronic module based on a composite film (polyester-aluminum). In addition, two encapsulation methods have also been developed to protect systems during washing and to make them ready for the market.
Les maladies cardiovasculaires sont les premières causes de mortalités dans le monde. La manière la plus efficace de combattre ces maladies est le suivi en temps réel de l’électrocardiogramme (ECG) qui traduit les signaux électriques générés par les cellules cardiaques. Le signal ECG fournit aux cardiologues toutes les informations nécessaires pour diagnostiquer les pathologies cardiaques. De nos jours, l’électrocardiogramme s’enregistre en cabinet à l’aide d’électrodes cutanées à base d’argent et chlorure de l’argent (Ag/AgCl). Celles-ci ne sont pas conçues pour un usage prolongé et peuvent provoquer des irritations de la peau à cause du gel ionique qui les compose et qui sert à réduire l’impédance de l’interface électrode/peau. Dans cette thèse, des électrodes textiles flexibles fonctionnant sans aucun gel ionique ont été développées en tant qu’alternatives aux électrodes médicales (Ag/AgCl). Notre approche est basée sur la modification d’encres conductrices à base du polymère intrinsèquement conducteur, le poly (3,4-éthylènedioxythiophène) poly(styrènesulfonate) (PEDOT:PSS) compatible avec les substrats textiles choisis. La réalisation des électrodes fait appel à des techniques de fabrication qui peuvent être transférées facilement à l’industrie textile. Des caractérisations ont été mises en places afin d’évaluer la fiabilité de ces systèmes avant et après 50 lavages en machine de laboratoire et domestique. En l’occurrence, la résistivité surfacique des électrodes-capteurs, la modélisation de l’interface électrode/peau, l’analyse du signal ECG en statique et en dynamique, la densité spectrale de puissance du signal ECG, le rapport signal sur bruit (SNR) ont été analysés et comparés à des électrodes commerciales à base d’argent. Comme nos électrodes-capteurs développées possèdent un véritable potentiel clinique et industriel, nous avons également étudié la faisabilité de la connectique et sa durabilité. La solution retenue se compose de deux fils conducteurs en polyamide argenté, existants sur le marché, brodés pour réaliser les connexions entre les électrodes-capteurs textiles et un module électronique flexible à base d’un film composite (polyester-aluminium). De plus deux méthodes d’encapsulation des systèmes ont été également développées en vue de leur protection au lavage et futur commercialisation.
Cardiovascular diseases are the leading cause of death worldwide. The most effective way to combat these diseases is the real-time monitoring of the electrocardiogram (ECG) that reflect the electrical signals generated by the heart cells. The ECG signal provides to cardiologists all the information needed to diagnose heart diseases. So far, the electrocardiogram is recorded by using the cutaneous conventional medical electrodes (Ag/AgCl) based on silver and silver chloride. These electrodes are not destined for long-term use and can provoke skin irritation because of the ionic gel that serves to reduce the impedance of the electrode / skin interface. In this thesis, flexible textile electrodes operating without any ionic gel have been developed as alternatives to medical electrodes (Ag/AgCl). Our approach is based on the modification of conductive inks based on the intrinsically conductive polymer, poly (3,4-ethylenedioxythiophene) poly (styrenesulfonate) (PEDOT: PSS) compatible with selected textile substrates. The realization of the electrodes uses manufacturing techniques that can be easily transferred to the textile industry. Characterizations were set up to evaluate the reliability of these systems before and after 50 washes in laboratory and domestic machines. In this case, the surface resistivity of the electrodes-sensors, the modeling of the electrode/skin interface, the analysis of the ECG signal in static and dynamic, the spectral power density of the ECG signal, the signal-to-noise ratio (SNR) were analyzed and compared to commercial silver-based electrodes. As our developed sensor electrodes have a real clinical and industrial potential, we have also studied the feasibility of the connection and its durability. The chosen solution consists of two silver-plated polyamide threads, which are available on the market, embroidered to make the connections between the textile sensor electrodes and a flexible electronic module based on a composite film (polyester-aluminum). In addition, two encapsulation methods have also been developed to protect systems during washing and to make them ready for the market.
22-11-2019
22-11-2019
Thèse
Thèse

Étude de l'accrétion des premiers solides de notre système solaire par microscopie électronique avancée
Étude de l'accrétion des premiers solides de notre système solaire par microscopie électronique avancée


Accéder à la ressource
Les chondrites primitives sont les témoins de l’accrétion des astéroïdes. Elles sont constituées de composants de haute température (principalement des chondres de taille ~ 50 µm-1 mm) et d’une matrice fine interstitielle, riche en éléments volatils, tels que l’eau et la matière organique. Les couronnes à grains fins se situent à l’interface entre les chondres et la matrice et sont porteuses d’informations essentielles sur l’accrétion et la formation des astéroïdes. Pourtant, les études réalisées jusqu’ici n’ont pas permis de révéler l’origine des différences entre couronnes et matrice. Ceci est lié d’une part à la faible taille de grain et à l’hétérogénéité de ces assemblages qui les rendent difficiles à analyser, et d’autre part aux processus corps parents (altération aqueuse, métamorphisme) qui les ont modifiés par la suite. Cette thèse a donc pour objectif de (1) développer une méthodologie analytique quantitative pour l’étude des assemblages hétérogènes submicrométriques basée sur la microscopie électronique et couplée à des procédures de traitement de données hyperspectrales ; (2) réaliser une étude comparative des couronnes à grains fins et de la matrice adjacente dans les météorites les plus primitives (faible altération/métamorphisme ; Paris, Semarkona, DOM 08006 et QUE 99177); (3) proposer un scénario de formation pour les couronnes des chondres et apporter des nouvelles contraintes sur les premières étapes de l’accrétion des solides dans le disque proto-planétaire. La comparaison multi-échelle matrice/couronnes et l’utilisation des abondances modales des phases, de leurs morphologies et de leurs compositions chimiques nous ont permis de contraindre la nature des précurseurs accrétés dans les chondrites et de remonter aux processus secondaires les ayant modifiés. Nous montrons que la poussière silicatée du disque se situant dans l’environnement proche de la région de formation des chondres a été thermiquement modifiée et compactée à la surface des chondres avant d’être incorporée avec le reste de la matrice pour former les premiers astéroïdes. Nous en concluons que cette étape est à l’origine des différences entre couronnes et matrice. Ces résultats pourraient permettre de faire le lien entre les observations pétrographiques et les modèles astrophysiques de l’accrétion des premiers astéroïdes.
Primitive chondrites are the witness of the accretion of the first asteroids. They are composed of coarse-grained high-temperature components (mainly chondrules with a typical size of ~50 µm-1 mm) and of fine interstitial matrix, rich in volatile elements such as water and organic matter. The fine-grained rims (FGRs) at the interface of these two components contain essential information on the accretion and the formation of the first asteroids. However, to date, the origin of the differences between FGRs and matrix has not been explained. This is due, on the one hand, to the small grain size (< 3µm) and the heterogeneity of these assemblages which make them difficult to analyze, and, on the other hand, to the parent bodies processes (aqueous alteration/metamorphism) which modified them and obscured their original specificities. This limits our understanding of their origin and formation environment. The objective of this thesis work is therefore to (1) develop a new quantitative methodology for the study of submicrometric heterogeneous assemblages based on coupled electron microscopies and hyperspectral data processing; (2) carry out a comparative study of FGRs and their adjacent matrix in the most primitive meteorites (weak alteration/metamorphism; Paris, Semarkona, DOM 08006 and QUE 99177); (3) propose a formation scenario for FGRs and evaluate it with respect to existing accretion scenarios. The multi-scale matrix/FGR comparison, using phase modal abundances, morphologies and chemical compositions allowed us to effectively constrain the nature of the precursors and the early stages of dust accretion on chondrules as well as to identify specific secondary processes that affected them. We show in the different chondrites that the silicate dust from the disk in the environment of the chondrule formation region was thermally modified and compacted onto the surfaces of chondrules before being incorporated with the rest of the matrix to form the first asteroids. We conclude that this early process caused primary differences between FGRs and matrix. Our results allow to discuss the petrographic observations with respect to the astrophysical model of dust accretion.
Les chondrites primitives sont les témoins de l’accrétion des astéroïdes. Elles sont constituées de composants de haute température (principalement des chondres de taille ~ 50 µm-1 mm) et d’une matrice fine interstitielle, riche en éléments volatils, tels que l’eau et la matière organique. Les couronnes à grains fins se situent à l’interface entre les chondres et la matrice et sont porteuses d’informations essentielles sur l’accrétion et la formation des astéroïdes. Pourtant, les études réalisées jusqu’ici n’ont pas permis de révéler l’origine des différences entre couronnes et matrice. Ceci est lié d’une part à la faible taille de grain et à l’hétérogénéité de ces assemblages qui les rendent difficiles à analyser, et d’autre part aux processus corps parents (altération aqueuse, métamorphisme) qui les ont modifiés par la suite. Cette thèse a donc pour objectif de (1) développer une méthodologie analytique quantitative pour l’étude des assemblages hétérogènes submicrométriques basée sur la microscopie électronique et couplée à des procédures de traitement de données hyperspectrales ; (2) réaliser une étude comparative des couronnes à grains fins et de la matrice adjacente dans les météorites les plus primitives (faible altération/métamorphisme ; Paris, Semarkona, DOM 08006 et QUE 99177); (3) proposer un scénario de formation pour les couronnes des chondres et apporter des nouvelles contraintes sur les premières étapes de l’accrétion des solides dans le disque proto-planétaire. La comparaison multi-échelle matrice/couronnes et l’utilisation des abondances modales des phases, de leurs morphologies et de leurs compositions chimiques nous ont permis de contraindre la nature des précurseurs accrétés dans les chondrites et de remonter aux processus secondaires les ayant modifiés. Nous montrons que la poussière silicatée du disque se situant dans l’environnement proche de la région de formation des chondres a été thermiquement modifiée et compactée à la surface des chondres avant d’être incorporée avec le reste de la matrice pour former les premiers astéroïdes. Nous en concluons que cette étape est à l’origine des différences entre couronnes et matrice. Ces résultats pourraient permettre de faire le lien entre les observations pétrographiques et les modèles astrophysiques de l’accrétion des premiers astéroïdes.
Primitive chondrites are the witness of the accretion of the first asteroids. They are composed of coarse-grained high-temperature components (mainly chondrules with a typical size of ~50 µm-1 mm) and of fine interstitial matrix, rich in volatile elements such as water and organic matter. The fine-grained rims (FGRs) at the interface of these two components contain essential information on the accretion and the formation of the first asteroids. However, to date, the origin of the differences between FGRs and matrix has not been explained. This is due, on the one hand, to the small grain size (< 3µm) and the heterogeneity of these assemblages which make them difficult to analyze, and, on the other hand, to the parent bodies processes (aqueous alteration/metamorphism) which modified them and obscured their original specificities. This limits our understanding of their origin and formation environment. The objective of this thesis work is therefore to (1) develop a new quantitative methodology for the study of submicrometric heterogeneous assemblages based on coupled electron microscopies and hyperspectral data processing; (2) carry out a comparative study of FGRs and their adjacent matrix in the most primitive meteorites (weak alteration/metamorphism; Paris, Semarkona, DOM 08006 and QUE 99177); (3) propose a formation scenario for FGRs and evaluate it with respect to existing accretion scenarios. The multi-scale matrix/FGR comparison, using phase modal abundances, morphologies and chemical compositions allowed us to effectively constrain the nature of the precursors and the early stages of dust accretion on chondrules as well as to identify specific secondary processes that affected them. We show in the different chondrites that the silicate dust from the disk in the environment of the chondrule formation region was thermally modified and compacted onto the surfaces of chondrules before being incorporated with the rest of the matrix to form the first asteroids. We conclude that this early process caused primary differences between FGRs and matrix. Our results allow to discuss the petrographic observations with respect to the astrophysical model of dust accretion.
21-11-2019
21-11-2019
Thèse
Thèse

Modélisation biophysique de la mort cellulaire en réponse au stress thermique
Modélisation biophysique de la mort cellulaire en réponse au stress thermique


Accéder à la ressource
La cellule vivante est en permanence exposée à divers types de stress pouvant endommager ses composants. Quand les dommages induits sont détectés, des mécanismes de défense sont activés pour les maîtriser tout en gérant au mieux les ressources énergétiques disponibles et nécessaires au bon fonctionnement cellulaire. Si le stress est trop sévère et que le système ne peut se défendre, la mort sera inévitable. La réponse cellulaire au stress est orchestrée par des réseaux de signalisation intracellulaires qui présentent une complexité extraordinaire. Les espèces moléculaires constituant ces réseaux assurent des tâches diverses à travers des réactions biochimiques, formant des machineries de processus biologiques synchronisées. Notre approche dans cette thèse pour l’étude de ces réseaux consiste à les modéliser mathématiquement pour reproduire un phénomène observé et repérer ses acteurs clés, analyser leurs réactions en réponse à différents signaux, et éventuellement réaliser des prédictions assez précises et expérimentalement vérifiables qui peuvent se montrer d’une extrême utilité pour les applications thérapeutiques. Dans nos travaux, nous nous focalisons sur le stress thermique et sur la réponse cellulaire qui en résulte en termes de dynamique des espèces moléculaires impliquées, mais également de destin cellulaire (mort ou survie) à l’issue de l’exposition, nous abordons cette problématique par des modèles dynamiques décrivant la cinétique biochimique des variables du système en conséquence d’une variation de la température. Dans un premier temps, nous démontrons à travers des simulations, suivies par une validation expérimentale, que la forme temporelle du stress thermique impacte considérablement la survie cellulaire. Ce premier résultat met en évidence un mécanisme de saturation des espèces réparatrices en conséquence d’une exposition à des températures élevées. Dans un second temps, nous étudions la potentielle corrélation entre une variabilité introduite sur les niveaux de deux protéines du réseau de réponse au choc thermique et le phénomène de mort fractionnelle. Selon les prédictions de notre modèle, la variabilité des protéines chaperons (espèces réparatrices) mesurée expérimentalement ne suffit pas à elle seule à expliquer la mort fractionnelle, qui doit impliquer d’autres sources de variabilité. Enfin, une analyse des courbes iso-effet générées à l’aide d’un modèle générique de la réponse cellulaire aux stress transitoires nous montre l’existence de quatre régimes de sensibilité en fonction des paramètres durée-intensité du stress ainsi que des paramètres du réseau et de ses échelles de temps. Nos travaux soulignent le potentiel et l’utilité des modèles de réseaux dynamiques dans la caractérisation des courbes dose-effet.
The living cell is constantly exposed to various types of stress that can damage its components. When the induced damages are detected, defense mechanisms are activated to repair them while optimally managing the energy resources available and necessary for cell function. If the stress is too severe and the system can not defend itself, death will be inevitable. The cellular response to stress is orchestrated by intracellular signaling networks that are extraordinarily complex. The molecular species constituting these networks perform various tasks through biochemical reactions, forming synchronized biological process machineries. Our approach in this thesis for the study of these networks is to model them mathematically to reproduce an observed phenomenon and identify its key players, analyze their reactions in response to different signals, and possibly make precise enough and experimentally verifiable predictions that can be of an extreme utility for therapeutic applications. In our studies, we focus on thermal stress and on the resulting cellular response in terms of the dynamics of the molecular species involved, but also of cell fate (death or survival) at the end of the exposure, we adress those questions by dynamic models describing the biochemical kinetics of system variables as a consequence of temperature variation. In a first step, we demonstrate through simulations, followed by experimental validation, that the temporal form of heat stress significantly impacts cell survival. This first result highlights a mechanism of saturation of the repair species as a consequence of exposure to high temperatures. In a second step, we study the potential correlation between a variability introduced on the levels of two proteins in the heat shock response network and the phenomenon of fractional killing. According to our model predictions, experimentally measured chaperone proteins (repair species) variability alone is not sufficient to explain fractional killing, which must involve other sources of variability. Finally, an analysis of the isoeffect curves generated by a generic model of the cellular response to transient stress shows the existence of four sensitivity regimes depending on the duration-intensity parameters of the stress as well as on the parameters of the response network and its time scales. Our work highlights the potential and utility of dynamic network models in the characterization of dose-response curves.
La cellule vivante est en permanence exposée à divers types de stress pouvant endommager ses composants. Quand les dommages induits sont détectés, des mécanismes de défense sont activés pour les maîtriser tout en gérant au mieux les ressources énergétiques disponibles et nécessaires au bon fonctionnement cellulaire. Si le stress est trop sévère et que le système ne peut se défendre, la mort sera inévitable. La réponse cellulaire au stress est orchestrée par des réseaux de signalisation intracellulaires qui présentent une complexité extraordinaire. Les espèces moléculaires constituant ces réseaux assurent des tâches diverses à travers des réactions biochimiques, formant des machineries de processus biologiques synchronisées. Notre approche dans cette thèse pour l’étude de ces réseaux consiste à les modéliser mathématiquement pour reproduire un phénomène observé et repérer ses acteurs clés, analyser leurs réactions en réponse à différents signaux, et éventuellement réaliser des prédictions assez précises et expérimentalement vérifiables qui peuvent se montrer d’une extrême utilité pour les applications thérapeutiques. Dans nos travaux, nous nous focalisons sur le stress thermique et sur la réponse cellulaire qui en résulte en termes de dynamique des espèces moléculaires impliquées, mais également de destin cellulaire (mort ou survie) à l’issue de l’exposition, nous abordons cette problématique par des modèles dynamiques décrivant la cinétique biochimique des variables du système en conséquence d’une variation de la température. Dans un premier temps, nous démontrons à travers des simulations, suivies par une validation expérimentale, que la forme temporelle du stress thermique impacte considérablement la survie cellulaire. Ce premier résultat met en évidence un mécanisme de saturation des espèces réparatrices en conséquence d’une exposition à des températures élevées. Dans un second temps, nous étudions la potentielle corrélation entre une variabilité introduite sur les niveaux de deux protéines du réseau de réponse au choc thermique et le phénomène de mort fractionnelle. Selon les prédictions de notre modèle, la variabilité des protéines chaperons (espèces réparatrices) mesurée expérimentalement ne suffit pas à elle seule à expliquer la mort fractionnelle, qui doit impliquer d’autres sources de variabilité. Enfin, une analyse des courbes iso-effet générées à l’aide d’un modèle générique de la réponse cellulaire aux stress transitoires nous montre l’existence de quatre régimes de sensibilité en fonction des paramètres durée-intensité du stress ainsi que des paramètres du réseau et de ses échelles de temps. Nos travaux soulignent le potentiel et l’utilité des modèles de réseaux dynamiques dans la caractérisation des courbes dose-effet.
The living cell is constantly exposed to various types of stress that can damage its components. When the induced damages are detected, defense mechanisms are activated to repair them while optimally managing the energy resources available and necessary for cell function. If the stress is too severe and the system can not defend itself, death will be inevitable. The cellular response to stress is orchestrated by intracellular signaling networks that are extraordinarily complex. The molecular species constituting these networks perform various tasks through biochemical reactions, forming synchronized biological process machineries. Our approach in this thesis for the study of these networks is to model them mathematically to reproduce an observed phenomenon and identify its key players, analyze their reactions in response to different signals, and possibly make precise enough and experimentally verifiable predictions that can be of an extreme utility for therapeutic applications. In our studies, we focus on thermal stress and on the resulting cellular response in terms of the dynamics of the molecular species involved, but also of cell fate (death or survival) at the end of the exposure, we adress those questions by dynamic models describing the biochemical kinetics of system variables as a consequence of temperature variation. In a first step, we demonstrate through simulations, followed by experimental validation, that the temporal form of heat stress significantly impacts cell survival. This first result highlights a mechanism of saturation of the repair species as a consequence of exposure to high temperatures. In a second step, we study the potential correlation between a variability introduced on the levels of two proteins in the heat shock response network and the phenomenon of fractional killing. According to our model predictions, experimentally measured chaperone proteins (repair species) variability alone is not sufficient to explain fractional killing, which must involve other sources of variability. Finally, an analysis of the isoeffect curves generated by a generic model of the cellular response to transient stress shows the existence of four sensitivity regimes depending on the duration-intensity parameters of the stress as well as on the parameters of the response network and its time scales. Our work highlights the potential and utility of dynamic network models in the characterization of dose-response curves.
20-11-2019
20-11-2019
Thèse
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FDM 3D printing of conductive polymer nanocomposites : A novel process for functional and smart textiles
FDM 3D printing of conductive polymer nanocomposites : A novel process for functional and smart textiles


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Le but de cette étude est d’exploiter les fonctionnalités des nano-Composites Polymères Conducteurs (CPC) imprimés en utilisant la technologie FDM (modélisation par dépôt de monofilament en fusion) pour le développement de textiles fonctionnels et intelligents. L’impression 3D présente un fort potentiel pour la création d’une nouvelle classe de nanocomposites multifonctionnels. Par conséquent, le développement et la caractérisation des polymères et nanocomposites fonctionnels et imprimables en 3D sont nécessaires afin d’utiliser l’impression 3D comme nouveau procédé de dépôt de ces matériaux sur textiles. Cette technique introduira des procédés de fonctionnalisation de textiles plus flexibles, économes en ressources et très rentables, par rapport aux procédés d'impression conventionnels tels que la sérigraphie et le jet d'encre. L’objectif est de développer une méthode de production intégrée et sur mesure pour des textiles intelligents et fonctionnels, afin d’éviter toute utilisation d'eau, d'énergie et de produits chimiques inutiles et de minimiser les déchets dans le but d’améliorer l'empreinte écologique et la productivité. La contribution apportée par cette thèse consiste en la création et la caractérisation de filaments CPC imprimables en 3D, le dépôt de polymères et de nanocomposites sur des tissus et l’étude des performances en termes de fonctionnalité des couches de CPC imprimées en 3D. Dans un premier temps, nous avons créé des filaments de CPC imprimables en 3D, notamment des nanotubes de carbone à parois multiples (MWNT) et du noir de carbone à haute structure (Ketjenblack) (KB), incorporés dans de l'acide polylactique (PLA) à l'aide d'un procédé de mélange à l'état fondu. Les propriétés morphologiques, électriques, thermiques et mécaniques des filaments et des couches imprimées en 3D ont été étudiées. Deuxièmement, nous avons déposé les polymères et les nanocomposites sur des tissus à l’aide d’une impression 3D et étudié leur adhérence aux tissus. Enfin, les performances des couches de CPC imprimées en 3D ont été analysées sous tension et force de compression appliquées. La variation de la valeur de la résistance correspondant à la charge appliquée permet d’évaluer l'efficacité des couches imprimées en tant que capteur de pression / force. Les résultats ont montré que les nanocomposites à base de PLA, y compris MWNT et KB, sont imprimables en 3D. Les modifications des propriétés morphologiques, électriques, thermiques et mécaniques des nanocomposites avant et après l’impression 3D nous permettent de mieux comprendre l’optimisation du procédé. De plus, différentes variables du procédé d’impression 3D ont un effet significatif sur la force d'adhérence des polymères et des nanocomposites déposés sur les tissus. Nous avons également développé des modèles statistiques fiables associés à ces résultats valables uniquement pour le polymère et le tissu de l’étude. Enfin, les résultats démontrent que les mélanges PLA/MWNT et PLA/KB sont de bonnes matières premières piézorésistives pour l’impression 3D. Elles peuvent être potentiellement utilisées dans l’électronique portable, la robotique molle et la fabrication de prothèses, où une conception complexe, multidirectionnelle et personnalisable est nécessaire.
The aim of this study is to get the benefit of functionalities of fused deposition modeling (FDM) 3D printed conductive polymer nanocomposites (CPC) for the development of functional and smart textiles. 3D printing holds strong potential for the formation of a new class of multifunctional nanocomposites. Therefore, development and characterization of 3D printable functional polymers and nanocomposites are needed to apply 3D printing as a novel process for the deposition of functional materials on fabrics. This method will introduce more flexible, resource-efficient and cost-effective textile functionalization processes than conventional printing process like screen and inkjet printing. The goal is to develop an integrated or tailored production process for smart and functional textiles which avoid unnecessary use of water, energy, chemicals and minimize the waste to improve ecological footprint and productivity. The contribution of this thesis is the creation and characterization of 3D printable CPC filaments, deposition of polymers and nanocomposites on fabrics, and investigation of the performance of the 3D printed CPC layers in terms of functionality. Firstly, the 3D printable CPC filaments were created including multi-walled carbon nanotubes (MWNT) and high-structured carbon black (Ketjenblack) (KB) incorporated into a biobased polymer, polylactic acid (PLA), using a melt mixing process. The morphological, electrical, thermal and mechanical properties of the 3D printer filaments and 3D printed layers were investigated. Secondly, the performance of the 3D printed CPC layers was analyzed under applied tension and compression force. The response for the corresponding resistance change versus applied load was characterized to investigate the performance of the printed layers in terms of functionality. Lastly, the polymers and nanocomposites were deposited on fabrics using 3D printing and the adhesion of the deposited layers onto the fabrics were investigated. The results showed that PLA-based nanocomposites including MWNT and KB are 3D printable. The changes in morphological, electrical, thermal, and mechanical properties of nanocomposites before and after 3D printing give us a great understanding of the process optimization. Moreover, the results demonstrate PLA/MWNT and PLA/KB as a good piezoresistive feedstock for 3D printing with potential applications in wearable electronics, soft robotics, and prosthetics, where complex design, multi-directionality, and customizability are demanded. Finally, different variables of the 3D printing process showed a significant effect on adhesion force of deposited polymers and nanocomposites onto fabrics which has been presented by the best-fitted model for the specific polymer and fabric.
Le but de cette étude est d’exploiter les fonctionnalités des nano-Composites Polymères Conducteurs (CPC) imprimés en utilisant la technologie FDM (modélisation par dépôt de monofilament en fusion) pour le développement de textiles fonctionnels et intelligents. L’impression 3D présente un fort potentiel pour la création d’une nouvelle classe de nanocomposites multifonctionnels. Par conséquent, le développement et la caractérisation des polymères et nanocomposites fonctionnels et imprimables en 3D sont nécessaires afin d’utiliser l’impression 3D comme nouveau procédé de dépôt de ces matériaux sur textiles. Cette technique introduira des procédés de fonctionnalisation de textiles plus flexibles, économes en ressources et très rentables, par rapport aux procédés d'impression conventionnels tels que la sérigraphie et le jet d'encre. L’objectif est de développer une méthode de production intégrée et sur mesure pour des textiles intelligents et fonctionnels, afin d’éviter toute utilisation d'eau, d'énergie et de produits chimiques inutiles et de minimiser les déchets dans le but d’améliorer l'empreinte écologique et la productivité. La contribution apportée par cette thèse consiste en la création et la caractérisation de filaments CPC imprimables en 3D, le dépôt de polymères et de nanocomposites sur des tissus et l’étude des performances en termes de fonctionnalité des couches de CPC imprimées en 3D. Dans un premier temps, nous avons créé des filaments de CPC imprimables en 3D, notamment des nanotubes de carbone à parois multiples (MWNT) et du noir de carbone à haute structure (Ketjenblack) (KB), incorporés dans de l'acide polylactique (PLA) à l'aide d'un procédé de mélange à l'état fondu. Les propriétés morphologiques, électriques, thermiques et mécaniques des filaments et des couches imprimées en 3D ont été étudiées. Deuxièmement, nous avons déposé les polymères et les nanocomposites sur des tissus à l’aide d’une impression 3D et étudié leur adhérence aux tissus. Enfin, les performances des couches de CPC imprimées en 3D ont été analysées sous tension et force de compression appliquées. La variation de la valeur de la résistance correspondant à la charge appliquée permet d’évaluer l'efficacité des couches imprimées en tant que capteur de pression / force. Les résultats ont montré que les nanocomposites à base de PLA, y compris MWNT et KB, sont imprimables en 3D. Les modifications des propriétés morphologiques, électriques, thermiques et mécaniques des nanocomposites avant et après l’impression 3D nous permettent de mieux comprendre l’optimisation du procédé. De plus, différentes variables du procédé d’impression 3D ont un effet significatif sur la force d'adhérence des polymères et des nanocomposites déposés sur les tissus. Nous avons également développé des modèles statistiques fiables associés à ces résultats valables uniquement pour le polymère et le tissu de l’étude. Enfin, les résultats démontrent que les mélanges PLA/MWNT et PLA/KB sont de bonnes matières premières piézorésistives pour l’impression 3D. Elles peuvent être potentiellement utilisées dans l’électronique portable, la robotique molle et la fabrication de prothèses, où une conception complexe, multidirectionnelle et personnalisable est nécessaire.
The aim of this study is to get the benefit of functionalities of fused deposition modeling (FDM) 3D printed conductive polymer nanocomposites (CPC) for the development of functional and smart textiles. 3D printing holds strong potential for the formation of a new class of multifunctional nanocomposites. Therefore, development and characterization of 3D printable functional polymers and nanocomposites are needed to apply 3D printing as a novel process for the deposition of functional materials on fabrics. This method will introduce more flexible, resource-efficient and cost-effective textile functionalization processes than conventional printing process like screen and inkjet printing. The goal is to develop an integrated or tailored production process for smart and functional textiles which avoid unnecessary use of water, energy, chemicals and minimize the waste to improve ecological footprint and productivity. The contribution of this thesis is the creation and characterization of 3D printable CPC filaments, deposition of polymers and nanocomposites on fabrics, and investigation of the performance of the 3D printed CPC layers in terms of functionality. Firstly, the 3D printable CPC filaments were created including multi-walled carbon nanotubes (MWNT) and high-structured carbon black (Ketjenblack) (KB) incorporated into a biobased polymer, polylactic acid (PLA), using a melt mixing process. The morphological, electrical, thermal and mechanical properties of the 3D printer filaments and 3D printed layers were investigated. Secondly, the performance of the 3D printed CPC layers was analyzed under applied tension and compression force. The response for the corresponding resistance change versus applied load was characterized to investigate the performance of the printed layers in terms of functionality. Lastly, the polymers and nanocomposites were deposited on fabrics using 3D printing and the adhesion of the deposited layers onto the fabrics were investigated. The results showed that PLA-based nanocomposites including MWNT and KB are 3D printable. The changes in morphological, electrical, thermal, and mechanical properties of nanocomposites before and after 3D printing give us a great understanding of the process optimization. Moreover, the results demonstrate PLA/MWNT and PLA/KB as a good piezoresistive feedstock for 3D printing with potential applications in wearable electronics, soft robotics, and prosthetics, where complex design, multi-directionality, and customizability are demanded. Finally, different variables of the 3D printing process showed a significant effect on adhesion force of deposited polymers and nanocomposites onto fabrics which has been presented by the best-fitted model for the specific polymer and fabric.
20-11-2019
20-11-2019
Thèse
Thèse

Formalisation et étude de problématiques de scoring en risque de crédit : inférence de rejet, discrétisation de variables et interactions, arbres de régression logistique
Formalisation et étude de problématiques de scoring en risque de crédit : inférence de rejet, discrétisation de variables et interactions, arbres de régression logistique


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Cette thèse se place dans le cadre des modèles d’apprentissage automatique de classification binaire. Le cas d’application est le scoring de risque de crédit. En particulier, les méthodes proposées ainsi que les approches existantes sont illustrées par des données réelles de Crédit Agricole Consumer Finance, acteur majeur en Europe du crédit à la consommation, à l’origine de cette thèse grâce à un financement CIFRE. Premièrement, on s’intéresse à la problématique dite de “réintégration des refusés”. L’objectif est de tirer parti des informations collectées sur les clients refusés, donc par définition sans étiquette connue, quant à leur remboursement de crédit. L’enjeu a été de reformuler cette problématique industrielle classique dans un cadre rigoureux, celui de la modélisation pour données manquantes. Cette approche a permis de donner tout d’abord un nouvel éclairage aux méthodes standards de réintégration, et ensuite de conclure qu’aucune d’entre elles n’était réellement à recommander tant que leur modélisation, lacunaire en l’état, interdisait l’emploi de méthodes de choix de modèles statistiques. Une autre problématique industrielle classique correspond à la discrétisation des variables continues et le regroupement des modalités de variables catégorielles avant toute étape de modélisation. La motivation sous-jacente correspond à des raisons à la fois pratiques (interprétabilité) et théoriques (performance de prédiction). Pour effectuer ces quantifications, des heuristiques, souvent manuelles et chronophages, sont cependant utilisées. Nous avons alors reformulé cette pratique courante de perte d’information comme un problème de modélisation à variables latentes, revenant ainsi à une sélection de modèle. Par ailleurs, la combinatoire associée à cet espace de modèles nous a conduit à proposer des stratégies d’exploration, soit basées sur un réseau de neurone avec un gradient stochastique, soit basées sur un algorithme de type EM stochastique. Comme extension du problème précédent, il est également courant d’introduire des interactions entre variables afin, comme toujours, d’améliorer la performance prédictive des modèles. La pratique classiquement répandue est de nouveau manuelle et chronophage, avec des risques accrus étant donnée la surcouche combinatoire que cela engendre. Nous avons alors proposé un algorithme de Metropolis-Hastings permettant de rechercher les meilleures interactions de façon quasi-automatique tout en garantissant de bonnes performances grâce à ses propriétés de convergence standards. La dernière problématique abordée vise de nouveau à formaliser une pratique répandue, consistant à définir le système d’acceptation non pas comme un unique score mais plutôt comme un arbre de scores. Chaque branche de l’arbre est alors relatif à un segment de population particulier. Pour lever la sous-optimalité des méthodes classiques utilisées dans les entreprises, nous proposons une approche globale optimisant le système d’acceptation dans son ensemble. Les résultats empiriques qui en découlent sont particulièrement prometteurs, illustrant ainsi la flexibilité d’un mélange de modélisation paramétrique et non paramétrique. Enfin, nous anticipons sur les futurs verrous qui vont apparaître en Credit Scoring et qui sont pour beaucoup liés la grande dimension (en termes de prédicteurs). En effet, l’industrie financière investit actuellement dans le stockage de données massives et non structurées, dont la prochaine utilisation dans les règles de prédiction devra s’appuyer sur un minimum de garanties théoriques pour espérer atteindre les espoirs de performance prédictive qui ont présidé à cette collecte.
This manuscript deals with model-based statistical learning in the binary classification setting. As an application, credit scoring is widely examined with a special attention on its specificities. Proposed and existing approaches are illustrated on real data from Crédit Agricole Consumer Finance, a financial institute specialized in consumer loans which financed this PhD through a CIFRE funding. First, we consider the so-called reject inference problem, which aims at taking advantage of the information collected on rejected credit applicants for which no repayment performance can be observed (i.e. unlabelled observations). This industrial problem led to a research one by reinterpreting unlabelled observations as an information loss that can be compensated by modelling missing data. This interpretation sheds light on existing reject inference methods and allows to conclude that none of them should be recommended since they lack proper modelling assumptions that make them suitable for classical statistical model selection tools. Next, yet another industrial problem, corresponding to the discretization of continuous features or grouping of levels of categorical features before any modelling step, was tackled. This is motivated by practical (interpretability) and theoretical reasons (predictive power). To perform these quantizations, ad hoc heuristics are often used, which are empirical and time-consuming for practitioners. They are seen here as a latent variable problem, setting us back to a model selection problem. The high combinatorics of this model space necessitated a new cost-effective and automatic exploration strategy which involves either a particular neural network architecture or Stochastic-EM algorithm and gives precise statistical guarantees. Third, as an extension to the preceding problem, interactions of covariates may be introduced in the problem in order to improve the predictive performance. This task, up to now again manually processed by practitioners and highly combinatorial, presents an accrued risk of misselecting a “good” model. It is performed here with a Metropolis Hastings sampling procedure which finds the best interactions in an automatic fashion while ensuring its standard convergence properties, thus good predictive performance is guaranteed. Finally, contrary to the preceding problems which tackled a particular scorecard, we look at the scoring system as a whole. It generally consists of a tree-like structure composed of many scorecards (each relative to a particular population segment), which is often not optimized but rather imposed by the company’s culture and / or history. Again, ad hoc industrial procedures are used, which lead to suboptimal performance. We propose some lines of approach to optimize this logistic regression tree which result in good empirical performance and new research directions illustrating the predictive strength and interpretability of a mix of parametric and non-parametric models. This manuscript is concluded by a discussion on potential scientific obstacles, among which the high dimensionality (in the number of features). The financial industry is indeed investing massively in unstructured data storage, which remains to this day largely unused for Credit Scoring applications. Doing so will need statistical guarantees to achieve the additional predictive performance that was hoped for.
Cette thèse se place dans le cadre des modèles d’apprentissage automatique de classification binaire. Le cas d’application est le scoring de risque de crédit. En particulier, les méthodes proposées ainsi que les approches existantes sont illustrées par des données réelles de Crédit Agricole Consumer Finance, acteur majeur en Europe du crédit à la consommation, à l’origine de cette thèse grâce à un financement CIFRE. Premièrement, on s’intéresse à la problématique dite de “réintégration des refusés”. L’objectif est de tirer parti des informations collectées sur les clients refusés, donc par définition sans étiquette connue, quant à leur remboursement de crédit. L’enjeu a été de reformuler cette problématique industrielle classique dans un cadre rigoureux, celui de la modélisation pour données manquantes. Cette approche a permis de donner tout d’abord un nouvel éclairage aux méthodes standards de réintégration, et ensuite de conclure qu’aucune d’entre elles n’était réellement à recommander tant que leur modélisation, lacunaire en l’état, interdisait l’emploi de méthodes de choix de modèles statistiques. Une autre problématique industrielle classique correspond à la discrétisation des variables continues et le regroupement des modalités de variables catégorielles avant toute étape de modélisation. La motivation sous-jacente correspond à des raisons à la fois pratiques (interprétabilité) et théoriques (performance de prédiction). Pour effectuer ces quantifications, des heuristiques, souvent manuelles et chronophages, sont cependant utilisées. Nous avons alors reformulé cette pratique courante de perte d’information comme un problème de modélisation à variables latentes, revenant ainsi à une sélection de modèle. Par ailleurs, la combinatoire associée à cet espace de modèles nous a conduit à proposer des stratégies d’exploration, soit basées sur un réseau de neurone avec un gradient stochastique, soit basées sur un algorithme de type EM stochastique. Comme extension du problème précédent, il est également courant d’introduire des interactions entre variables afin, comme toujours, d’améliorer la performance prédictive des modèles. La pratique classiquement répandue est de nouveau manuelle et chronophage, avec des risques accrus étant donnée la surcouche combinatoire que cela engendre. Nous avons alors proposé un algorithme de Metropolis-Hastings permettant de rechercher les meilleures interactions de façon quasi-automatique tout en garantissant de bonnes performances grâce à ses propriétés de convergence standards. La dernière problématique abordée vise de nouveau à formaliser une pratique répandue, consistant à définir le système d’acceptation non pas comme un unique score mais plutôt comme un arbre de scores. Chaque branche de l’arbre est alors relatif à un segment de population particulier. Pour lever la sous-optimalité des méthodes classiques utilisées dans les entreprises, nous proposons une approche globale optimisant le système d’acceptation dans son ensemble. Les résultats empiriques qui en découlent sont particulièrement prometteurs, illustrant ainsi la flexibilité d’un mélange de modélisation paramétrique et non paramétrique. Enfin, nous anticipons sur les futurs verrous qui vont apparaître en Credit Scoring et qui sont pour beaucoup liés la grande dimension (en termes de prédicteurs). En effet, l’industrie financière investit actuellement dans le stockage de données massives et non structurées, dont la prochaine utilisation dans les règles de prédiction devra s’appuyer sur un minimum de garanties théoriques pour espérer atteindre les espoirs de performance prédictive qui ont présidé à cette collecte.
This manuscript deals with model-based statistical learning in the binary classification setting. As an application, credit scoring is widely examined with a special attention on its specificities. Proposed and existing approaches are illustrated on real data from Crédit Agricole Consumer Finance, a financial institute specialized in consumer loans which financed this PhD through a CIFRE funding. First, we consider the so-called reject inference problem, which aims at taking advantage of the information collected on rejected credit applicants for which no repayment performance can be observed (i.e. unlabelled observations). This industrial problem led to a research one by reinterpreting unlabelled observations as an information loss that can be compensated by modelling missing data. This interpretation sheds light on existing reject inference methods and allows to conclude that none of them should be recommended since they lack proper modelling assumptions that make them suitable for classical statistical model selection tools. Next, yet another industrial problem, corresponding to the discretization of continuous features or grouping of levels of categorical features before any modelling step, was tackled. This is motivated by practical (interpretability) and theoretical reasons (predictive power). To perform these quantizations, ad hoc heuristics are often used, which are empirical and time-consuming for practitioners. They are seen here as a latent variable problem, setting us back to a model selection problem. The high combinatorics of this model space necessitated a new cost-effective and automatic exploration strategy which involves either a particular neural network architecture or Stochastic-EM algorithm and gives precise statistical guarantees. Third, as an extension to the preceding problem, interactions of covariates may be introduced in the problem in order to improve the predictive performance. This task, up to now again manually processed by practitioners and highly combinatorial, presents an accrued risk of misselecting a “good” model. It is performed here with a Metropolis Hastings sampling procedure which finds the best interactions in an automatic fashion while ensuring its standard convergence properties, thus good predictive performance is guaranteed. Finally, contrary to the preceding problems which tackled a particular scorecard, we look at the scoring system as a whole. It generally consists of a tree-like structure composed of many scorecards (each relative to a particular population segment), which is often not optimized but rather imposed by the company’s culture and / or history. Again, ad hoc industrial procedures are used, which lead to suboptimal performance. We propose some lines of approach to optimize this logistic regression tree which result in good empirical performance and new research directions illustrating the predictive strength and interpretability of a mix of parametric and non-parametric models. This manuscript is concluded by a discussion on potential scientific obstacles, among which the high dimensionality (in the number of features). The financial industry is indeed investing massively in unstructured data storage, which remains to this day largely unused for Credit Scoring applications. Doing so will need statistical guarantees to achieve the additional predictive performance that was hoped for.
19-11-2019
19-11-2019
Thèse
Thèse

Étude des attentes et de la perception du consommateur sur les marques de mode éthique, et de leur lien avec les paramètres textiles selon les méthodes Kansai et de l'ACV
Étude des attentes et de la perception du consommateur sur les marques de mode éthique, et de leur lien avec les paramètres textiles selon les méthodes Kansai et de l'ACV


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La mode éthique, appelée aussi mode écologique, mode durable ou lente, a évolué de plus en plus mais reste un marché de niche. Selon des études de marché, l’apparence de l’éco-conception en termes d’image ou d’attractivité respectueuse de l’environnement ne répond pas aux attentes des consommateurs. Une conception de produit réussie doit répondre aux attentes et aux émotions des consommateurs. La perception du consommateur et les connaissances des experts doivent être associées au processus d’évaluation de la mode éthique. Les travaux de recherche actuels sont principalement basés sur l'exploration des valeurs de la mode éthique du point de vue traditionnel des affaires, du marketing ou du design. À la différence de cette approche, l’étude proposée intègre à l’origine les valeurs quantitatives émotionnelles et perceptuelles des consommateurs pour une analyse détaillée et respectueuse de l’environnement dans l’approche de la conception écologique. Cette approche n'a pas encore été étudiée et peut réduire l'écart entre les attentes et les valeurs conceptuelles de la mode éthique. Dans ce contexte, les nouveaux produits de design éco-mode seront mieux acceptés sur différents marchés de consommation. Dans cette thèse, le projet de recherche présenté vise à caractériser qualitativement et quantitativement les attentes des consommateurs et leur perception de la mode éthique dans une série de produits textiles représentatifs et leurs relations avec les paramètres de conception des produits concernés. À cette fin, nous avons proposé quatre méthodes d'évaluation pour acquérir et analyser des données humaines pertinentes. Ces approches sont les suivantes: premièrement, nous avons proposé une détermination du groupe de discussion des consommateurs et un questionnaire d'enquête afin de caractériser la relation entre les attentes des consommateurs et les paramètres de conception de manière qualitative. Cette méthode est populaire pour refléter la société et permettre d’acquérir de nouvelles connaissances. Deuxièmement, nous avons conçu deux expériences sensorielles pour caractériser quantitativement la perception et les émotions humaines en utilisant l'ingénierie sensorielle et l'ingénierie Kansei, y compris l'acquisition de données de perception expertes sur les paramètres de conception et en utilisant la logique floue afin de caractériser de manière plus objective la relation. L’analyse sensorielle est indépendante du contexte socioculturel, l’ingénierie de Kansei étant différente de l’ingénierie sensorielle dans la mesure où elle est liée aux émotions humaines. Afin de rendre les produits de mode éthiques plus adaptés aux attentes des consommateurs, l'évaluation sensorielle a été utilisée pour acquérir des mesures perceptuelles et l'ingénierie Kansei pour les mesures émotionnelles afin d'améliorer la conception des produits concernés. Les approches proposées permettront non seulement de caractériser la perception des consommateurs sur les produits de mode éthiques, mais également d'identifier la crédibilité des besoins éthiques. L'étude pourra trouver de nouvelles idées pour améliorer la compréhension du concept de mode éthique et de son impact sur les consommateurs et permettra d'améliorer le design en fournissant aux concepteurs des conseils pertinents. Nous avons proposé une étude et un sondage auprès de groupes de discussion pour explorer le concept de mode éthique en modélisant et en analysant la sensibilisation et les connaissances des consommateurs. Et nous avons appliqué un cas concret: c’est-à-dire des consommateurs d’un pays moins développé en développement durable (Roumanie). Cette méthode inclut la sélection des facteurs les plus pertinents en termes de critères écologiques tels que les matériaux écologiques, la conception esthétique et la qualité. Nous avons généré des descripteurs écologiques linguistiques à partir de ces résultats. Nous avons utilisé les résultats obtenus dans l’étude quantitative suivante pour l’acquisition de données quantitatives. Cette méthode permet aux créateurs de mode d’analyser ou d’améliorer encore le style de la mode écologique en fonction des descripteurs linguistiques identifiés pour leur apparence. Nous avons développé le modèle de recherche qualitative sur la sensibilisation des consommateurs en utilisant des dimensions de la sensibilisation du consommateur pour identifier son comportement. Cette approche a utilisé des questions ouvertes pour éviter les réponses biaisées dans les questions à choix multiples en raison de connaissances limitées. Nous pourrions générer la première compréhension de la perception des consommateurs. Les études sensorielles et Kansei mentionnées précédemment seront utilisées pour caractériser et optimiser la conception d'un style écologique basé sur le profil de conception d'écoproduit en termes de matériau et de style fournis par des experts utilisant les éco-descripteurs identifiés. Les études proposées ont été testées et analysées dans deux cas réels: des consommateurs et des experts de pays affichant un niveau de développement durable plus élevé (France et Allemagne). De plus, nous avons anticipé un écart entre l’ACV réelle et la perception humaine. En pratique, les valeurs éthiques perçues par l'homme ne sont pas nécessairement compatibles avec les impacts environnementaux réels. Nous avons comparé les impacts réels d'un produit de mode obtenu avec la méthodologie de l'analyse du cycle de vie (ACV) avec la perception humaine de l'éthique par le biais de l'aspect visuel de produits de mode. Cependant, nous avons constaté qu'en utilisant une évaluation simplifiée de l'impact du cycle de vie (ACVL) pour la perception du consommateur et une étude de cas d'un t-shirt, les valeurs éthiques perçues peuvent en gros couvrir les impacts environnementaux obtenus d'une évaluation systématique.
Ethical fashion, also called eco, sustainable or slow fashion, has increasingly evolved but remains a niche market. According to marketing studies, the eco-design appearance in terms of environmentally-friendly image or attractiveness fails to support consumer expectations. A successful product design should meet consumer expectations and emotions. Consumer perception and expert knowledge needs to be involved within the evaluation process of ethical fashion. The current research work is mostly based on the exploration of ethical fashion values from a traditional business, marketing or design perspective. Different from this approach, the proposed study originally integrates quantitative consumer emotional and perceptual values towards environmentally-friendly, and detailed analysis into the eco-fashion design approach. This approach has not been studied before and can minimize the gap between expectations and design values of ethical fashion. In this context, new eco-fashion design products will receive broader acceptance in various consumer markets. In this thesis, the research project presented aims at qualitatively and quantitatively characterizing consumer expectation and consumer perception on ethical fashion in a series of representative textile products and their relations with concerned product design parameters. For this purpose, we proposed four evaluation approaches for acquiring and analyzing relevant human data. These approaches include the following: Firstly, we proposed a consumer focus group determination and a survey questionnaire development in order to characterize the relationship between consumer expectations and design parameters qualitatively. This method is popular for reflecting society and able to gain new insights. Secondly, we designed two sensory experiments to quantitatively characterize human perception and emotions by using sensory engineering and Kansei engineering including the acquisition of expert perceptual data on design parameters and using fuzzy logic in order to characterize more objectively the relationship. Sensory analysis is socio and cultural context independent, whereby Kansei engineering is different from sensory engineering as it is related to human emotions. In order to make ethical fashion products more adapted to consumer expectations, sensory evaluation has been used to acquire perceptual measurements and Kansei engineering for emotional measurements to improve the design for the concerned products. These proposed approaches will permit to not only characterize consumer perception on ethical branded fashion products but also identify the credibility of ethical needs. The study can find new insights to improve the understanding of the ethical fashion concept and its impact on consumers and will permit to improve the design by providing designers relevant advice. We proposed a focus group study and survey to explore the ethical fashion concept through modeling and analyzing consumer awareness and knowledge. And, we applied a real case: i.e., consumers from a country with a lower level of sustainable development (Romania). This method includes the selection of the most relevant factors in terms of environmentally-friendly criteria such as eco-materials, aesthetic design, and quality. We generated linguistic eco descriptors from these results. We used the obtained results in the following quantitative study for quantitative data acquisition. This method enables fashion designers to analyze or further improve the eco-fashion style according to the identified linguistic descriptors on the eco-fashion appearance. We developed the qualitative research model of consumers’ awareness by using dimensions of consumer awareness to identify consumer behavior. This approach used open-ended questions to avoid biased responses occurring in multiple-choice questions due to limited knowledge. We could generate the first understanding of consumers’ perception. The sensory and Kansei studies mentioned previously will be used to characterize and optimize the design of eco-fashion style based on the eco-product design profile in terms of material and style provided by experts using the identified eco-descriptors. The proposed studies have been tested and analyzed in two real cases: i.e., consumers and experts from countries with a higher level of sustainable development (France and Germany). Furthermore, we anticipated a gap between real LCA and human perception. In practice, human perceived ethical values are not necessarily consistent with real environmental impacts. We compared the real impacts of a fashion product obtained with life cycle assessment (LCA) methodology with human perception of ethical through the visual appearance of fashion products. However, we found that, by using a simplified life cycle impact assessment (LCIA) for consumer perception and a case study of a T-shirt, the perceived ethical values can roughly cover the environmental impacts obtained from a systematic evaluation.
La mode éthique, appelée aussi mode écologique, mode durable ou lente, a évolué de plus en plus mais reste un marché de niche. Selon des études de marché, l’apparence de l’éco-conception en termes d’image ou d’attractivité respectueuse de l’environnement ne répond pas aux attentes des consommateurs. Une conception de produit réussie doit répondre aux attentes et aux émotions des consommateurs. La perception du consommateur et les connaissances des experts doivent être associées au processus d’évaluation de la mode éthique. Les travaux de recherche actuels sont principalement basés sur l'exploration des valeurs de la mode éthique du point de vue traditionnel des affaires, du marketing ou du design. À la différence de cette approche, l’étude proposée intègre à l’origine les valeurs quantitatives émotionnelles et perceptuelles des consommateurs pour une analyse détaillée et respectueuse de l’environnement dans l’approche de la conception écologique. Cette approche n'a pas encore été étudiée et peut réduire l'écart entre les attentes et les valeurs conceptuelles de la mode éthique. Dans ce contexte, les nouveaux produits de design éco-mode seront mieux acceptés sur différents marchés de consommation. Dans cette thèse, le projet de recherche présenté vise à caractériser qualitativement et quantitativement les attentes des consommateurs et leur perception de la mode éthique dans une série de produits textiles représentatifs et leurs relations avec les paramètres de conception des produits concernés. À cette fin, nous avons proposé quatre méthodes d'évaluation pour acquérir et analyser des données humaines pertinentes. Ces approches sont les suivantes: premièrement, nous avons proposé une détermination du groupe de discussion des consommateurs et un questionnaire d'enquête afin de caractériser la relation entre les attentes des consommateurs et les paramètres de conception de manière qualitative. Cette méthode est populaire pour refléter la société et permettre d’acquérir de nouvelles connaissances. Deuxièmement, nous avons conçu deux expériences sensorielles pour caractériser quantitativement la perception et les émotions humaines en utilisant l'ingénierie sensorielle et l'ingénierie Kansei, y compris l'acquisition de données de perception expertes sur les paramètres de conception et en utilisant la logique floue afin de caractériser de manière plus objective la relation. L’analyse sensorielle est indépendante du contexte socioculturel, l’ingénierie de Kansei étant différente de l’ingénierie sensorielle dans la mesure où elle est liée aux émotions humaines. Afin de rendre les produits de mode éthiques plus adaptés aux attentes des consommateurs, l'évaluation sensorielle a été utilisée pour acquérir des mesures perceptuelles et l'ingénierie Kansei pour les mesures émotionnelles afin d'améliorer la conception des produits concernés. Les approches proposées permettront non seulement de caractériser la perception des consommateurs sur les produits de mode éthiques, mais également d'identifier la crédibilité des besoins éthiques. L'étude pourra trouver de nouvelles idées pour améliorer la compréhension du concept de mode éthique et de son impact sur les consommateurs et permettra d'améliorer le design en fournissant aux concepteurs des conseils pertinents. Nous avons proposé une étude et un sondage auprès de groupes de discussion pour explorer le concept de mode éthique en modélisant et en analysant la sensibilisation et les connaissances des consommateurs. Et nous avons appliqué un cas concret: c’est-à-dire des consommateurs d’un pays moins développé en développement durable (Roumanie). Cette méthode inclut la sélection des facteurs les plus pertinents en termes de critères écologiques tels que les matériaux écologiques, la conception esthétique et la qualité. Nous avons généré des descripteurs écologiques linguistiques à partir de ces résultats. Nous avons utilisé les résultats obtenus dans l’étude quantitative suivante pour l’acquisition de données quantitatives. Cette méthode permet aux créateurs de mode d’analyser ou d’améliorer encore le style de la mode écologique en fonction des descripteurs linguistiques identifiés pour leur apparence. Nous avons développé le modèle de recherche qualitative sur la sensibilisation des consommateurs en utilisant des dimensions de la sensibilisation du consommateur pour identifier son comportement. Cette approche a utilisé des questions ouvertes pour éviter les réponses biaisées dans les questions à choix multiples en raison de connaissances limitées. Nous pourrions générer la première compréhension de la perception des consommateurs. Les études sensorielles et Kansei mentionnées précédemment seront utilisées pour caractériser et optimiser la conception d'un style écologique basé sur le profil de conception d'écoproduit en termes de matériau et de style fournis par des experts utilisant les éco-descripteurs identifiés. Les études proposées ont été testées et analysées dans deux cas réels: des consommateurs et des experts de pays affichant un niveau de développement durable plus élevé (France et Allemagne). De plus, nous avons anticipé un écart entre l’ACV réelle et la perception humaine. En pratique, les valeurs éthiques perçues par l'homme ne sont pas nécessairement compatibles avec les impacts environnementaux réels. Nous avons comparé les impacts réels d'un produit de mode obtenu avec la méthodologie de l'analyse du cycle de vie (ACV) avec la perception humaine de l'éthique par le biais de l'aspect visuel de produits de mode. Cependant, nous avons constaté qu'en utilisant une évaluation simplifiée de l'impact du cycle de vie (ACVL) pour la perception du consommateur et une étude de cas d'un t-shirt, les valeurs éthiques perçues peuvent en gros couvrir les impacts environnementaux obtenus d'une évaluation systématique.
Ethical fashion, also called eco, sustainable or slow fashion, has increasingly evolved but remains a niche market. According to marketing studies, the eco-design appearance in terms of environmentally-friendly image or attractiveness fails to support consumer expectations. A successful product design should meet consumer expectations and emotions. Consumer perception and expert knowledge needs to be involved within the evaluation process of ethical fashion. The current research work is mostly based on the exploration of ethical fashion values from a traditional business, marketing or design perspective. Different from this approach, the proposed study originally integrates quantitative consumer emotional and perceptual values towards environmentally-friendly, and detailed analysis into the eco-fashion design approach. This approach has not been studied before and can minimize the gap between expectations and design values of ethical fashion. In this context, new eco-fashion design products will receive broader acceptance in various consumer markets. In this thesis, the research project presented aims at qualitatively and quantitatively characterizing consumer expectation and consumer perception on ethical fashion in a series of representative textile products and their relations with concerned product design parameters. For this purpose, we proposed four evaluation approaches for acquiring and analyzing relevant human data. These approaches include the following: Firstly, we proposed a consumer focus group determination and a survey questionnaire development in order to characterize the relationship between consumer expectations and design parameters qualitatively. This method is popular for reflecting society and able to gain new insights. Secondly, we designed two sensory experiments to quantitatively characterize human perception and emotions by using sensory engineering and Kansei engineering including the acquisition of expert perceptual data on design parameters and using fuzzy logic in order to characterize more objectively the relationship. Sensory analysis is socio and cultural context independent, whereby Kansei engineering is different from sensory engineering as it is related to human emotions. In order to make ethical fashion products more adapted to consumer expectations, sensory evaluation has been used to acquire perceptual measurements and Kansei engineering for emotional measurements to improve the design for the concerned products. These proposed approaches will permit to not only characterize consumer perception on ethical branded fashion products but also identify the credibility of ethical needs. The study can find new insights to improve the understanding of the ethical fashion concept and its impact on consumers and will permit to improve the design by providing designers relevant advice. We proposed a focus group study and survey to explore the ethical fashion concept through modeling and analyzing consumer awareness and knowledge. And, we applied a real case: i.e., consumers from a country with a lower level of sustainable development (Romania). This method includes the selection of the most relevant factors in terms of environmentally-friendly criteria such as eco-materials, aesthetic design, and quality. We generated linguistic eco descriptors from these results. We used the obtained results in the following quantitative study for quantitative data acquisition. This method enables fashion designers to analyze or further improve the eco-fashion style according to the identified linguistic descriptors on the eco-fashion appearance. We developed the qualitative research model of consumers’ awareness by using dimensions of consumer awareness to identify consumer behavior. This approach used open-ended questions to avoid biased responses occurring in multiple-choice questions due to limited knowledge. We could generate the first understanding of consumers’ perception. The sensory and Kansei studies mentioned previously will be used to characterize and optimize the design of eco-fashion style based on the eco-product design profile in terms of material and style provided by experts using the identified eco-descriptors. The proposed studies have been tested and analyzed in two real cases: i.e., consumers and experts from countries with a higher level of sustainable development (France and Germany). Furthermore, we anticipated a gap between real LCA and human perception. In practice, human perceived ethical values are not necessarily consistent with real environmental impacts. We compared the real impacts of a fashion product obtained with life cycle assessment (LCA) methodology with human perception of ethical through the visual appearance of fashion products. However, we found that, by using a simplified life cycle impact assessment (LCIA) for consumer perception and a case study of a T-shirt, the perceived ethical values can roughly cover the environmental impacts obtained from a systematic evaluation.
19-11-2019
19-11-2019
Thèse
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