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Modeling and characterization of mode coupling in next generation of few mode optical fibers

/ Castiñeiras Carina / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 20-09-2018
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Les fibres optiques légèrement multimodes (FMF) sont une classe de fibres optiques multimodes. Dans le domaine de la télécommunication, chaque mode d’une FMF peut être utilisé comme un canal indépendant de transmission, ainsi, des débits bien supérieurs aux fibres optiques conventionnelles pourrait être atteint. Cependant, l'un des problèmes à l'utilisation de ce type de fibre est le couplage de mode et la dispersion de mode qui dégradent les performances de transmission. Cette thèse entre dans le cadre de l’étude du couplage de mode de différents profils de fibre. Ce travail se décompose en deux axes : i) la modélisation du couplage de mode qui est effectué en considérant la fibre comme une concaténation de plusieurs segments courbés, dont chaque segment est associé à un rayon de courbure aléatoire. ii) La mesure du couplage localisée qui est basé sur la méthode expérimentale A-S2. A l’aide de ce modèle et de ces mesures, nous pouvons confirmer l’absence ou la présence de couplage d’une fibre exposée à des micro-courbures ou à une perturbation aléatoire.

Assistance au développement de logiciels embarqués contraints en énergie

/ Cherifi Nadir / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 19-09-2018
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La désignation sous le terme d'Internet des Objets regroupe un ensemble vaste de systèmes connectés différents. Un nombre significatif de ces objets ne disposent pas d'une alimentation continue et sont alimentés grâce à des batteries. Par ailleurs, il existe de nombreux cas d'utilisation où le rechargement de cette dernière se trouve être difficile voire impossible (e.g. objet enfoui dans le béton pour la surveillance de structures). De ce fait, l'aspect énergétique représente une contrainte primordiale à prendre en compte par les développeurs lors de la conception de l'application embarquée sur l'objet. La problématique de nos travaux consiste à placer l'énergie comme ressource de premier ordre lors du développement en fournissant une aide et une assistance aux développeurs face à la complexité de gestion de cette ressource. Nous proposons comme solution une méthodologie et des outils pour soutenir les activités du développeur embarqué dans un environnement contraint en énergie. En outre, nous affirmons que la capacité de mesurer et de suivre finement la consommation énergétique des objets connectés, puis de la corréler au logiciel sous-jacent permet d'améliorer l'efficacité énergétique globale en mettant en œuvre des bonnes pratiques liées à l'utilisation des différents composants matériels. Pour arriver à cela, nous basons nos travaux sur une méthode de mesure énergétique matérielle capable de fournir des chiffres de consommation précis. Nous construisons ainsi un framework de profilage et de cartographie énergétique d'un logiciel embarqué permettant d'aider le développeur dans la compréhension du comportement énergétique de son application.

Contribution à l'étude de déformation et de rupture des roches par une approche discrète

/ Zhang Yulong / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 18-09-2018
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Dans ce travail, un nouveau modèle de liaison avec critère de rupture de cisaillement non linéaire est d'abord proposé et mis en œuvre dans PFC pour décrire le comportement mécanique de matériaux granulaires cohésifs isotropes tels que le grès. Un grand nombre de tests de compression ont été effectués sur des échantillons 3D. Les résultats montrent que l'effet de la pression de confinement sur la résistance à la compression et le modèle de rupture est bien décrit par ce modèle de liaison. Les effets du chemin de chargement et de la contrainte principale intermédiaire sur la déformation et la rupture ont également été étudiés. Après avoir étendu les paramètres d'élasticité et de résistance, deux modèles de liaison sont couplés pour caractériser l'anisotropie de la résistance et de la déformation dans les matériaux cohésifs anisotropes tels que les roches sédimentaires. Une série de test de compression avec différents chemin de chargement ont été effectués et les résultats numériques sont en bon accord avec les données expérimentales, en particulier pour les propriétés de réponse élastique et de résistance. La transformation du mode de défaillance entre la couche de faiblesse et la matrice de roche sous différentes pressions de confinement a été bien décrite. De plus, le modèle de liaison proposé a été étendu pour étudier le processus de fracturation hydraulique dans les matériaux cohésifs. Un processus de propagation de fracture hydraulique représentatif a été présenté. Enfin, nous avons développé une méthode de reconstruction dimensionnelle de l'irrégularité de la forme des blocs et étudié ses effets sur les impacts des blocs en utilisant une approche basée sur l'énergie.

Mise en évidence des phénomènes de photoconduction dans des cristaux liquides ferroélectriques photosensibles

/ Kaczmarek Jean / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 18-09-2018
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Les cristaux liquides ferroélectriques (CLF), photosensibles, sont susceptibles de générer des charges de surfaces s’ils sont soumis à un champ électrique ; cette propriété est mise à profit dans les dispositifs d’affichages à cadence rapide. Les CLF utilisés dans ce travail présentent une phase smectique C* ferroélectrique ; l’un est un mélange commercial utilisé comme matériau hôte, l’autre, un dérivé azobenzénique photosensible utilisé comme dopant (1, 3, 5%). Les propriétés optiques et ferroélectriques ont été étudiées en fonction de la concentration, de la température et du champ électrique, sans et sous illumination UV (à 365 nm) en phase SmC* ; le dopage et l’illumination engendrent la réduction de l’ordre smectique ; l’illumination UV induit la photo-isomérisation Trans-Cis, la polarisation spontanée diminue avec l’ajout de dopant et l’illumination UV. Des mesures du temps de vol des charges (trous/électrons) photogénérées par impulsion laser- technique développée au laboratoire par ce travail – mettent en évidence un photocourant de type dispersif et ambipolaire, dont l’intensité varie avec le champ électrique et la température. L’influence du champ interne propre à la phase SmC se traduit sur le photocourant par le passage d’intensités négatives vers des intensités positives pour les trous et pour les électrons. Les trous présentent des valeurs de mobilités plus élevées que les électrons. Le mécanisme de conduction, déduit des modèles d’Arrhénius et de Bassler, est un déplacement de charge par sauts successifs entre molécules voisines. Pour les mélanges, le dopant réduit le temps de transit des charges et conduit à des valeurs de mobilités élevées et constantes avec la température ; le dopant agit en renforçant la cohésion des couches smectiques, et réduit la viscosité du mélange. En configuration Cis le signal conserve son caractère ambipolaire et dispersif mais tend à s’atténuer avec le dopage et à disparaître sous UV.

Conception et fabrication de neurones artificiels pour le traitement bioinspiré de l'information

/ Hedayat Sara / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 18-09-2018
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Actuellement, les technologies du traitement d'information ont atteint leurs limites et il devient donc urgent de proposer de nouveaux paradigmes capables de réduire la consommation d'énergie tout en augmentant la capacité de calcul des ordinateurs. Le cerveau humain est un fascinant et puissant organe, avec ses 300 milliards de cellule, il est capable d’effectuer des taches cognitives en consommant 20W. Dans ce contexte nous avons investiguer un nouveau paradigme appelé "neuromorphic computing" ou le traitement bio-inspiré de l'information. L'objectif de cette thèse est de concevoir et de fabriquer un neurone artificiel a très faible consommation utilisant les récentes avancées scientifiques dans les neurosciences et les nanotechnologies. Premièrement, on a investigué le fonctionnement d'un neurone vivant, sa membrane neuronale et nous avons exploré 3 différents modèles de membranes connues sous le nom de Hodgkin Huxley, Wei et Morris Lecar. Deuxièmement, en se basant sur le modèle de Morris Lecar, nous avons réalisé des neurones artificiels analogiques à spike avec différentes constantes de temps. Puis ils ont été fabriqués avec la technologie 65nm CMOS. Par la suite, nous les avons caractérisés et obtenu des performances dépassant l’état de l’art en terme de surface occupée, puissance dissipée et efficacité énergétique. Finalement, on a analysé et comparé le bruit dans ces neurones artificiels avec le bruit dans des neurones biologiques et on a démontré expérimentalement le phénomène de résonance stochastique. Ces neurones artificiels peuvent être extrêmement utiles pour une large variété d’application allant du traitement de données à l’application médicale.

Décryptage du microbiote et des risques chimiques et microbiologiques associés à la chaine alimentaire des larves de la daurade royale Sparus aurata

/ Zidour Mahammed / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 14-09-2018
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L’objectif de ce travail est d’évaluer les risques chimiques et microbiologiques de la chaîne alimentaire des larves de dorade royale en milieu aquacole, nous avons déterminé les concentrations létales (LC50) du Cadmium (Cd), du Cuivre (Cu) et du Nickel (Ni) chez le copépode calanoïde Eurytemora affinis. Nous avons ensuite quantifié, par voie d’entrée dissoute de ces métaux seuls et en mélange, la bioaccumulation dans ces organismes. Le copépode E. affinis accumule le Cd, le Cu et le Ni et par conséquent pourraient être utilisé comme indicateur biologique dans des études de biosurveillance pour l'évaluation des risques environnementaux. L’étude de la diversité microbienne de la chaine trophique (l’eau de mer, les microalgues et les copépodes) des larves de dorade a conduit à l’isolement de 434 isolats bactériens dont 246 ont été positivement identifiés par MALDI-TOF-MS. Parmi les espèces identifiées, Vibrio anguillarum, V. alginolyticus, Bacillus cereus, Pseudomanas anguilliseptica, P. putida, Staphylococcus epidermidis et S. hominis sont des pathogènes des poissons. Cependant, cinq souches non pathogènes de B. pumilus (nommées 18 COPS, 35A COPS, 35R COPS, 38 COPS et 40A COPS) montrent une activité antagoniste contre certaines souches pathogènes précédemment citées. La souche B. pumilus 35R COPS produit deux classes de composés antimicrobiens de type peptides non-ribosomaux : des surfactines mais aussi les amicoumacines A et B et les phosphoamicoumacines A et B identifiées et caractérisées par MALDI-TOF-MS et HPLC-MS/MS. La souche B. pumilus 38 COPS, quant-à-elle, produit également des membres de la famille des surfactines mais surtout une bactériocine appartenant à la famille de la circularine A/uberolysine. L’analyse in silico, des génomes de ces souches révèle la présence de clusters de gènes codant pour les surfactines et les amicoumacines et un gène ribosomique codant une bactériocine appartenant à la famille de la circularine A/uberolysine.

Etude expérimentale du calcaire et la constitution de modèle micro-macro pour les roches typiquement poreuses

/ Han Bei / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 13-09-2018
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Dans ce travail, une série d’études expérimentales ont été réalisées sur le comportement mécanique, l’évolution de la perméabilité et les effets de la pression interstitielle sur la déformation plastique et la rupture du calcaire d’Anstrude. Les résultats permettent d'identifier deux mécanismes de déformation plastique, leurs effets sur l'évolution de la perméabilité et les effets de la pression interstitielle de pore sur la déformation plastique et le rupture du calcaire saturé à eau. Sur les données expérimentales, la validité du concept de contrainte effective pour la surface plastique et la rupture est discutée. Pour la modélisation du comportement mécanique de la roche poreuse, un modèle micromécanique est d'abord développé sur la base d'un modèle récent de type Gurson pour un matériau poreux avec une matrice de Mises-Schleicher. Considérant que la roche à forte porosité présente un compactage volumétrique sous faible Pc, un modèle non associé est alors proposé. Le modèle proposé est d'abord appliqué et étendu pour décrire les comportements poromécaniques de la craie de Lixhe. Des simulations numériques montrent que le modèle proposé décrit correctement les principales caractéristiques de la craie. Le modèle est ensuite étendu pour décrire le comportement mécanique du calcaire étudié en prenant en compte l'effet de l'évolution de la porosité dans l'effet de durcissement de la matrice solide. D'une craie de forte porosité à un calcaire de porosité moyenne, le modèle proposé est finalement vérifié dans différentes conditions de charge par des comparaisons entre les prédictions numériques et les données expérimentales pour les essaies drainés et non drainés.

Modeling creep of lower mantle minerals : bridgmanite and (Mg,Fe)O

/ Reali Riccardo / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 11-09-2018
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Cette thèse porte sur la déformation de deux phases minérales majeures du manteau inférieur de la Terre : la bridgmanite et (Mg,Fe)O. Ils représentent près de 95% du manteau inférieur, et leur rhéologie est de première importance en vue de mieux comprendre la convection mantellique. La rhéologie de ces phases a été modélisée grâce à l’utilisation de techniques de calcul numériques et analytiques afin de déterminer leur réponse en fluage (c’est-à-dire l’écoulement stationnaire sous une charge constante). Les agents pertinents de la déformation en fluage sont identifiés et leur comportement est modélisé à l’échelle du cristal. Les dislocations étant les porteurs principaux de la déformation plastique, le fluage a donc été modélisé comme résultant du glissement et/ou de la montée (contrôlée par la diffusion) des dislocations. Le fluage de (Mg,Fe)O résulte d’une combinaison de glissement et de montée des dislocations. Afin de modéliser ce comportement à l’échelle mésoscopique, une technique de dynamique des dislocations 2,5D a été employée. Dans (Mg,Fe)O, le glissement des dislocations est responsable de la déformation plastique, mais la vitesse de fluage est contrôlée par la montée. Nos calculs de vitesses de fluage permettent d’estimer la viscosité de (Mg,Fe)O dans les conditions des couches profondes du manteau inférieur. Pour la bridgmanite, nous proposons un fluage impliquant la montée pure des dislocations dont la vitesse de fluage est calculée sur la base d’un modèle analytique de la littérature. Nous en déduisons la vitesse de fluage de la bridgmanite le long d’un géotherme, valeurs que l’on peut comparer aux observables disponibles actuellement.

Quantum temporal imaging

/ Shi Junheng / Université Lille1 - Sciences et Technologies, University of Chinese academy of sciences / 22-08-2018
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L’imagerie temporelle, aussi bien que l’imagerie spatiale, peut être formulée sur la base de deux concepts fondamentaux : i) – systèmes linéaires, et ii) analyse de Fourier. Le premier but de cette thèse est de développer une technique d’algèbre des opérateurs linéaires pour traiter des systèmes d’imagerie temporelle. Cette technique nous permet de décomposer n’importe quel système d’imagerie dans une combinaison de quelques éléments simples. Le but principal de la thèse est d’explorer les possibilités d’imagerie temporelle dans le domaine quantique, c’est-à-dire pour la lumière non classique. En effet, malgré de nombreuses applications de l’imagerie temporelle pour la lumière classique, le domaine d’optique quantique est pratiquement non exploré. Ici nous traitons des deux sujets principaux. Premièrement, nous appliquons une lentille temporelle sur la base d’un mélange à quatre ondes pour la manipulation de la lumière non classique - la lumière comprimée multifréquences. Nous formulons les conditions nécessaires pour le système d’imagerie afin de préserver les propriétés non classiques, dit "squeezing", à la sortie du système. Nous proposons également un nouveau schéma de la lentille temporelle sur la base d’un mélange à quatre ondes de type Bragg contra-propageant. Nous démontrons que ce schéma possède des performances supérieures par rapport aux autres schémas tels que le schéma co-propageant et le schéma de la sommation des fréquences. Deuxièmement, nous utilisons la fonction de réponse du schéma d’imagerie temporelle afin d’étudier la résolution et le champ de vision pour l’imagerie quantique temporelle. Nous formulons des restrictions sur le schéma d’imagerie pour manipuler la lumière non classique par rapport à la manipulation de la lumière classique.

Évaluation environnementale des sédiments de dragage et de curage dans la perspective de leur valorisation dans le domaine du génie civil

/ Lecomte Tristan / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 25-07-2018
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La gestion et la valorisation des sédiments de dragage et de curage non-immergeables constituent des enjeux scientifiques et industriels majeurs auxquels la chaire industrielle de recherche " Économie Circulaire des Sédiments : EcoSed ", lancée en 2014 par l’IMT Lille Douai, vise à répondre à travers une approche pluridisciplinaire. Les travaux menés dans le cadre de cette thèse de doctorat s’inscrivent dans un contexte de recherche partenariale associant des producteurs de sédiments et des industriels. Ces travaux visent plus particulièrement (i) la mise en place d’une méthodologie de caractérisation de l’écotoxicité intrinsèque des sédiments dans la perspective de leur intégration dans les filières de valorisation ; (ii) l’application de la méthodologie multi-échelle de la démarche nationale "SEDIMATERIAUX" pour la démonstration de l’innocuité environnementale d’un sédiment marin utilisé dans un scénario de valorisation en voirie légère ; et (iii) la comparaison de la méthodologie nationale sur l’acceptabilité environnementale des matériaux alternatifs en technique routière avec celle proposée dans le cadre réglementaire européen sur les produits de construction. Ces travaux ont permis de proposer un protocole de préparation des matrices sédimentaires et une batterie de bioessais sensibles. L’évaluation environnementale des sédiments marins utilisés dans les différents scénarios de valorisation en génie civil (bétons pour voiries légères, assises routières, bétons compactés routiers) a permis de valider l’innocuité de ces matériaux et de mettre en évidence la bonne stabilisation des éléments traces métalliques et métalloïdes au sein de leur microstructure.

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