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Investigation of microwave imaging and local dielectric characterization of materials by using a homemade interferometer-based near-field microwave microscope

/ Lin Tianjun / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 26-04-2018
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La microscopie champ proche micro-onde, qui fait partie de la famille des microscopies à sonde locale, est envisagée aujourd’hui dans de nombreux domaines d’applications de la physique, de la biologie et des micro et nanotechnologies. Dans ce manuscrit, le microscope micro-onde à champ proche qui est exploité est un instrument développé au laboratoire IEMN bénéficiant d’une grande sensibilité dans une large bande de fréquences de travail [2-18 GHz]. Le potentiel d’applications du microscope est démontré au travers de la caractérisation de liquides avec différentes modalités de caractérisation (sonde en contact, sans contact et en immersion). En particulier, cet outil est mis en œuvre pour la spectroscopie diélectrique de solutions aqueuses de glucose. Cet instrument qui offre une capacité d'imagerie sub-longueur d'onde est également testé pour différentes situations (imagerie de surface et de sub-surface). La résolution d'imagerie ainsi que la précision de mesure sont évaluées puis des méthodes de traitement d'images simples sont proposées pour améliorer la qualité de l'imagerie. Enfin, une piste pour une intégration plus grande de l’instrument, qui consisterait à remplacer l’analyseur de réseau par un dispositif plus compact (type réflectomètre six-ports) est explorée.

Système de vidéosurveillance intelligent et adaptatif, dans un environnement de type Fog/Cloud

/ Sbai Hugo / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 20-04-2018
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Les systèmes de vidéosurveillance utilisent des caméras sophistiquées (caméras réseau, smart caméras) et des serveurs informatiques pour l’enregistrement vidéo dans un système entièrement numérique. Ces systèmes intègrent parfois des centaines de caméras et génèrent une quantité colossale de données, dépassant largement les capacités des agents humains. Ainsi, l'un des défis modernes les plus importants est de faire évoluer un système basé sur le Cloud intégrant plusieurs caméras intelligentes hétérogènes et l'adapter à une architecture Fog/Cloud pour en améliorer les performances. Les FPGA sont de plus en plus présents dans les architectures FCIoT (FoG-Cloud-IoT). Ils sont caractérisés par des modes de configuration dynamiques et partiels, permettant de s'adapter rapidement aux changements survenus tout en augmentant la puissance de calcul disponible. De telles plateformes présentent de sérieux défis scientifiques, notamment en termes de déploiement et de positionnement des FoGs. Cette thèse propose un modèle de vidéosurveillance composé de caméras intelligentes plug & play, dotées de FPGAs dynamiquement reconfigurables sur une base hiérarchique FOG/ CLOUD. Dans ce système fortement évolutif, à la fois en nombre de caméras et de cibles trackées, nous proposons une approche automatique et optimisée d’authentification des caméras et de leur association dynamique avec les FoGs. L’approche proposée comporte également une méthodologie pour l’affectation optimale des trackers matériels aux ressources électroniques disponibles pour maximiser les performances et minimiser la consommation d’énergie. Toutes les contributions ont été validées avec un prototype de taille réelle.

Développement d’un système intelligent d’aide à la création de vêtements personnalisés pour des personnes à morphologie atypique par exploitation de connaissances

/ Hong Yan / Université Lille1 - Sciences et Technologies, Universitatea tehnică "Gheorghe Asachi"‎ (Iaşi, Roumanie), Soochow university (Suzhou, China) / 20-04-2018
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Ce projet de recherche de doctorat vise à développer un nouveau Système d’Aide à la Conception de Vêtement Personnalisé (PGDSS en Anglais) pour les personnes à morphologie atypique (PWAM en Anglais). Ce système nous permet de développer rapidement des vêtements adaptés à leurs besoins fonctionnels, expressifs et esthétiques (FEA en Anglais) et à leurs morphologies atypiques. Afin de réaliser le PGDSS proposé, deux sous-systèmes sont développés: un Système de Recommandation de Mode Personnalisée (PFRS en Anglais) et une Plate-Forme Virtuelle de Prototypage de Vêtement 3D/2D (VGPP en Anglais). Le PFRS est conçu pour sélectionner les solutions de vêtement personnalisées les plus pertinentes en termes de couleur, de tissu et de style, tandis que le VGPP permet de créer rapidement des vêtements virtuels en fonction de leurs critères de conception (profils de produits), de les ajuster ensuite. Le PGDSS proposé peut être entièrement utilisé en ligne, il est alors connecté à une plate-forme E-commerce de vêtement. Mais il peut aussi être connecté à un système de fabrication de vêtements automatique hors ligne. Les facteurs de conception pour les vêtements personnalisés ont été identifiés et analysés dans ma recherche de doctorat. Les nouveaux produits générés par le système proposé répondront aux exigences et aux fonctions spécifiques imposées par les personnes à morphologie atypique en termes d'ergonomie, de biophysique, de psychologie, d'esthétique, de confort et de commodité. Le système proposé est capable d'offrir des designs à forte personnalisation à un faible coût pour un marché de vêtement dont la demande est en hausse. Ce qui fait la distinction avoir les produits existants du marché est que nous prenons en compte l’ensemble des exigences de ce type de consommateur par un produit entièrement personnalisé.

Characterizing edges in signed and vector-valued graphs

/ Le Fahler Géraud / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 16-04-2018
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Nous proposons des méthodes pour caractériser efficacement les arêtes au sein de réseaux complexes. Dans les graphes simples, les nœuds sont liés par une sémantique unique, tels deux utilisateurs amis dans un réseau social. De plus, ces arêtes sont guidées par la similarité entre les nœuds (homophilie). Ainsi, les membres deviennent amis à cause de caractéristiques communes. En revanche, les réseaux complexes sont des graphes où chaque arête possède une sémantique parmi k possibles. Ces arêtes sont de plus basées à la fois sur une homophilie et une hétérophilie partielle. Cette information supplémentaire permet une analyse plus fine de graphes issus d’applications réelles. Cependant, elle peut être coûteuse à acquérir, ou même être indisponible. Nous abordons donc le problème d’inférer la sémantique des arêtes. Nous considérons d'abord les graphes dont les arêtes ont deux sémantiques opposées, et où seul une fraction des étiquettes est visibles. Ces «graphes signés» sont une façon élégante de représenter des interactions polarisées. Nous proposons deux biais d’apprentissage, adaptés respectivement aux graphes signés dirigés ou non, et plusieurs algorithmes utilisant la topologie du graphe pour résoudre un problème de classification binaire. Ensuite, nous traitons les graphes avec k > 2 sémantiques possibles. Dans ce cas, nous ne recevons pas d’étiquette d’arêtes, mais plutôt un vecteur de caractéristiques pour chaque nœud. Face à ce problème non supervisé, nous concevons un critère de qualité exprimant dans quelle mesure une k-partition des arêtes et k vecteurs sémantiques expliquent les arêtes observées. Nous optimisons ce critère sous forme vectorielle et matricielle.

Récupération et retraitement des composants de certains Déchets des Equipements Electriques et Electroniques (DEEE)

/ Souada Betrouni Malika / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 12-04-2018
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Ces dernières années, la quantité des Déchets d’Equipements Electriques et Electroniques (DEEE), tels les téléviseurs et moniteurs à cristaux liquides (LCD pour Liquid Crystal Display), est en constante augmentation. Ces dispositifs sont consommateurs de ressources naturelles non renouvelables et donc limitées, et génèrent des déchets pouvant être source de pollution. Ces DEEE contiennent de la Matière Première Secondaire (MPS) recyclable de grand intérêt, notamment les cristaux liquides et l’oxyde d’indium-étain (ITO). A l’heure actuelle, il existe peu de procédés industriels permettant la récupération de cette matière dans le but d’une valorisation. Cette thèse a pour objectif principal la transposition des résultats obtenus à l’échelle du laboratoire UMET sur un procédé industriel développé par l’entreprise Envie 2e Nord. Ce procédé permet l’extraction chimique assistée par ultrasons des cristaux liquides et de l’ITO des écrans LCD sans broyage de verre et quelles que soient les dimensions de l’écran. Afin de s’assurer de leur qualité, les matériaux obtenus ont été caractérisés à l’aide de différentes techniques d’analyse performantes : ICP-OES, MEB/EDS-BSE, ToF-SIMS, MOP, IRTF, DSC, ATG,.... Une partie du travail a concerné la prospection de voies de valorisation, notamment pour les cristaux liquides traités.

Contributions to risk modeling and analysis at railway level crossings

/ Liang Ci / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 10-04-2018
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L’objet de cette thèse porte sur l'analyse quantitative des risques et les techniques de modélisation dans le but d'améliorer la sécurité aux PN. Les différentes contributions de ce travail peuvent être présentées selon quatre volets : Sur le premier volet, nous présentons une analyse quantitative de l'impact de divers facteurs (mode de transport, région géographique et moment de trafic) sur le niveau de risque aux PN. Sur le deuxième volet, et en se basant sur des données expérimentales fines obtenues à partir de l’instrumentation de 12 PN à différents endroits en France, une analyse quantitative du comportement des automobilistes est réalisée pour explorer les mécanismes de violation des automobilistes lors de la traversée d’un PN. Sur le troisième volet, nous proposons un modèle statistique multi-facteurs de prévision des accidents. Un tel modèle, en plus de la prise en compte d’une multitude de facteurs, nous fournit une estimation de la fréquence des accidents avec une précision considérablement élevée par rapport aux modèles existants. Sur le dernier volet, nous proposons un cadre de modélisation efficace et complet basé sur des réseaux Bayésiens (RB) pour le raisonnement causal. Les résultats de la phase de validation indiquent que ce modèle de risque présente une bonne performance d'estimation. En résumé, les contributions de cette thèse offrent une réponse directe à l’insuffisante connaissance sur les divers mécanismes qui sous-tendent les accidents PN. De telles contributions sont un nouveau pas vers l'identification de mesures de conception pratiques et de solutions techniques ciblées, afin d'améliorer la sécurité des PN.

Modélisation multiéchelle du comportement mécanique des gaz shales

/ Farhat Faten / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 05-04-2018
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L’objectif principal est d’étudier l’influence de la microstructure sur le comportement macroscopique des roches hétérogènes, particulièrement, la roche de schiste de Vaca Muerta. Des modèles micromécaniques sont développés par des techniques d’homogénéisation bien adaptées. La microstructure de cette roche a été étudiée afin de définir le volume élémentaire représentatif indispensable pour la mise en œuvre d’une approche micromécanique. Le matériau est modélisé comme un milieu hétérogène, constitué à l’échelle mésoscopique d’une matrice composite dans laquelle sont plongés différents types d’inclusions. A une échelle plus petite, des fins grains de calcite et kérogéne sont immergés dans une matrice argileuse poreuse. L’homogénéisation du comportement instantané est établie dans le contexte de l’élastoplasticité de la matrice argileuse et de la décohésion progressive des inclusions: la transition d’échelle nano-micro aboutit au domaine de résistance de la phase argileuse où la phase solide est considérée comme un matériau cohésif-frottant obéissant au critère de Drucker-Prager. La méthode de Hill est utilisée comme moyen d’homogénéisation pour les transitions micro-méso et méso-macro. Ensuite, le comportement à long terme est défini en terme de la dégradation de la microstructure et en particulier, de la matrice argileuse. Finalement, un modèle micromécanique simplifié est développé pour étudier le comportement à long terme, des roches argileuses et de schistes, dans le contexte de la viscoplasticité de la matrice argileuse. En se basant sur ce modèle, pour l’application industrielle, nous étudions l’interaction entre la roche Vaca Muerta et les grains de proppants.

Analyse temporelle des propriétés optiques, microphysiques et macrophysiques de systèmes nuageux fortement précipitants à partir de SEVIRI/MSG

/ Patou Maximilien / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 03-04-2018
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La formation et l’intensification des précipitations sont le résultat de différents processus microphysiques menant au grossissement des hydrométéores nuageux. Les caractéristiques macrophysiques de formation et de développement des nuages convectifs fournissent un cadre environnemental qui influence et contraint ces processus microphysiques. L’observation de l’évolution des nuages à haute résolution temporelle permet de mettre en évidence ces processus microphysiques dont la compréhension est indispensable à la prévision à courte échéance des fortes précipitations. Dans ce travail, nous avons mis au point une méthode originale de suivi à haute résolution temporelle (cinq minutes) de systèmes convectifs isolés et associés à de fortes précipitations à partir de l’instrument SEVIRI (Spinning Enhanced Visible and Infrared Imager) embarqué sur le satellite géostationnaire MSG (Météosat Seconde Génération). À partir de plusieurs cas d’étude, une analyse combinée de l’évolution temporelle des propriétés microphysiques (phase thermodynamique, rayons effectifs des hydrométéores), optiques (épaisseur optique) et macrophysiques (ratio périmètre/surface, température moyenne) au sommet des nuages ainsi que l’observation de l’évolution des précipitations au sol ont permis d’identifier sur une période d’intensification des précipitations allant de 30 minutes à 2h, un comportement typique des propriétés au sommet des nuages. Ce résultat fournit une base d'analyse pour la détermination future d’indicateurs précurseurs des fortes précipitations.

Convection turbulente et changement de phase, avec applications à la modélisation des mares de fonte arctiques

/ Rabbanipour Esfahani Babak / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 23-03-2018
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La fusion et la solidification couplées à des écoulements convectifs sont des processus fondamentaux dans le contexte géophysique, par exemple dans la formation des mares-mares arctiques. Ce système se caractérise par la présence d'écoulements instationnaires, chaotiques et souvent turbulents. Ce travail est motivé par des observations indiquant une réduction de la glace de mer arctique dans la mesure où le modèle global actuel ne pouvait pas prédire. Le but de ce travail est de fournir des informations sur les paramètres pertinents affectant la fusion / solidification dans les étangs de fonte des glaces de mer. La configuration idéalisée que nous considérons consiste en une couche de fluide chauffée par le bas et en contact avec une interface de fusion solide-liquide du côté supérieur. Nous étudions un tel système modèle au moyen d'outils numériques. Nous effectuons des simulations numériques directes par un algorithme Lattice Boltzmann basé sur l'enthalpie pour traiter la dynamique à long terme, ou de manière équivalente le régime à nombre élevé de Rayleigh, à la fois dans des configurations en deux et en trois dimensions. Nous montrons que le processus de convection et de fusion couplé n'améliore que faiblement le flux de chaleur et le mélange dans le système par rapport au réglage de Rayleigh-Bénard. Comme deux extensions au système de fusion, nous considérons l'effet de l'application de la vitesse sur la section liquide du système de fusion, l'effet de chauffage interne du système de fusion.

Realization and characterization of Organic Field Effect Transistors and nano-floating gates memories on rigid and flexible substrates

/ Li Shuo / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 23-03-2018
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Depuis la découverte des polymères conducteurs, de nombreuses études ont été menées afin d’utiliser ces nouveaux matériaux semiconducteurs en tant que couche active de composants électroniques. Dans cette thèse nous nous intéressons à deux composants clés de l’électronique organique : Les transistors à effet de champs et les mémoires à nano-grille flottante seront réalisés à la fois sur des substrats rigides et flexibles. Pour l’optimisation de nos dispositifs, nous avons choisi de travailler sur les interfaces. Tout d’abord, des monocouches auto-assemblées SAMs ont été utilisés pour optimiser les interfaces électrode/SCO et diélectrique/SCO de l’OFET : des mobilités de 0.68 cm2V-1S-1 et des rapports on/off ˃106 ont été obtenus. Par la suite, nous avons fabriqué des dispositifs de mémoire à simple grille flottante SFG en utilisant les en nanoparticules (NP) d’or et à double grille flottante DFG en utilisant les NP d’or et des feuillets de graphène comme couches de piégeage de charges. En particulier, les DFG avec PFBT présentent en effet d'excellentes performances (une large fenêtre mémoire de 51 V et un temps de rétention stable et de plus de 108s). Ensuite, nous avons fabriqué tous les dispositifs sur des substrats souples en kapton avec des processus de fabrication simples et à basse température. Ces NFGM flexibles ont été caractérisés et leurs performances mesurées (fenêtre mémoire de 23V). Nous avons également mis en évidence un piégeage multi-niveaux dans les NP. De plus, ces composants ont montré une bonne résistance aux tests de flexibilité et de pliage et une stabilité très satisfaisante (supérieure à 500 cycles).

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