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Analysis and performance enhancement of a series parallel offshore wind farm topology integrated into a HVDC grid

/ Zhang Haibo / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 22-12-2017
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L'exploitation de l'énergie éolienne loin des côtes, bien qu'abondante, dépend du transport de puissance en Courant Continu Haute Tension (HVDC) qui nécessite une sous-station placée sur une plateforme dédiée. Cette plate-forme offshore étant volumineuse, son cout d'installation est élevé et sa mise en œuvre est compliquée. Cette thèse s'intéresse à une topologie de ferme éolienne offshore DC qui transporte son énergie vers l'onshore sans utiliser de sous-station offshore. Ce type de Ferme Eolienne est appelé Ferme Eolienne Série Parallèle (SPWF). Il est composé de plusieurs grappes d'éoliennes interconnectées en série, de sorte que cette interconnexion engendre directement un niveau de tension adapté à la tension du réseau HVDC. Cependant, la connexion en série implique que la tension de chacune d'entre elle n'est plus constante. Un déséquilibré de production d'énergie conduit à des variations des tensions en sortie des éoliennes. Ces variations de tension peuvent engendrer des surtensions aux bornes d'une éolienne dans la grappe et l’endommagé. Une stratégie permettant de limiter la surtension d'éolienne est proposée et développée. Cette stratégie est d'abord validée dans un contexte de connexion point à point avec la prise en compte de la transmission HVDC basée sur des câbles DC et un Convertisseur Modulaire Multiniveaux (MMC) permettant de la connecté au réseau onshore. Dans un second temps, la ferme SPWF est intégrée dans des systèmes DC multi-terminaux (MTDC). Les résultats de simulation démontrent la faisabilité de la stratégie et montrent qu'aucune réduction de puissance n'est alors nécessaire pour limiter les tensions en sortie des éoliennes.

Compatibilization of PMMA/PS blends by nanoparticles and block copolymers: effect on morphology and interfacial relaxation phenomena

/ Genoyer Julie / Université Lille1 - Sciences et Technologies, École de technologie supérieure (Montréal, Canada) / 19-12-2017
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Ces travaux de thèse présentent une étude du mécanisme de compatibilisation induit par des nanoparticules d’argile dans les mélanges de polymères en utilisant la rhéologie. Pour cela, de la montmorillonite, la laponite et l’halloysite, modifiées ou non, ont été ajoutées à des mélanges PMMA/PS. Les résultats de rhéologie linéaire en cisaillement ont montré que le mécanisme de compatibilisation, particulièrement le phénomène de coalescence, dépendait beaucoup de la localisation des nanoparticules. La montmorillonite modifiée, présente à l’interface entre les polymères, est la plus efficace à inhiber la coalescence et est aussi efficace qu’un copolymère à bloc de haute masse molaire. Ceci est particulièrement intéressant car les nanoparticules d’argile représentent un coût moindre comparé aux copolymères à bloc. Dans ces travaux, une attention spéciale a été portée aux relaxations présentes dans les mélanges. En utilisant la rhéologie linéaire en cisaillement, un effet Marangoni a été mis en évidence pour la première fois dans le cas de nanoparticules d’argile modifiées présentes à l’interface. Enfin, les mélanges soumis à un flux élongationnel puis relaxation ont montré que la relaxation des gouttes de phase dispersée après une importante déformation était plus rapide par ajout d’argiles dispersées dans la matrice et ralentie par des argiles mieux dispersées soit à l’interface, soit dans l’ensemble du mélange.

Development of multidimensional spectral data processing procedures for analysis of composition and mixing state of aerosol particles by Raman and FTIR spectroscopy

/ Siepka Damian / Université Lille1 - Sciences et Technologies, Katolicki uniwersytet lubelski Jana Pawła II / 20-12-2017
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Les méthodologies de traitement de données multidimensionnelles peuvent considérablement améliorer la connaissance des échantillons. Les techniques spectroscopiques permettent l’analyse moléculaire avancée d’échantillons variés et complexes. La combinaison des techniques spectroscopiques aux méthodes de chimiométrie trouve des applications dans de nombreux domaines. Les particules atmosphériques affectent la qualité de l’air, la santé humaine, les écosystèmes et jouent un rôle important dans le processus de changement climatique. L’objectif de cette thèse a été de développer des outils de chimiométrie, simples d’utilisation, permettant de traiter un grand nombre de données spectrales provenant de l’analyse d’échantillons complexes par microspectrométrie Raman (RMS) et spectroscopie d’absorption IRTF. Dans un premier temps, nous avons développé une méthodologie combinant les méthodes de résolution de courbes et d’analyse multivariée afin de déterminer la composition chimique d’échantillons de particules analysées par RMS. Cette méthode appliquée à l’analyse de particules collectées dans les mines en Bolivie, a ouvert une nouvelle voie de description des échantillons. Dans un second temps, nous avons conçu un logiciel facilement accessible pour le traitement des données IRTF et Raman. Ce logiciel inclue plusieurs algorithmes de prétraitement ainsi que les méthodes d’analyse multivariées adaptées à la spectroscopie vibrationnelle. Il a été appliqué avec succès pour le traitement de données spectrales enregistrées pour divers échantillons (particules de mines de charbon, particules biogéniques, pigments organiques).

Dynamic hand gesture recognition : from traditional handcrafted to recent deep learning approaches

/ De Smedt Quentin / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 14-12-2017
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Les gestes de la main sont le moyen de communication non verbal le plus naturel et le plus intuitif lorsqu'il est question d'interaction avec un ordinateur. L'analyse des gestes de la main s'appuie sur l'estimation de la pose de la main et la reconnaissance de gestes. L'estimation de la pose de la main est considérée comme un défi difficile du fait de la petite taille d'une main, de sa plus grande complexité et de ses nombreuses occultations. Par ailleurs, le développement d'un système de reconnaissance des gestes est également difficile du fait des grandes dissimilarités entre les gestes dérivant de facteurs ad-hoc, culturels et/ou individuels inhérents aux acteurs. Nous proposons un système pour représenter les gestes de la main en utilisant des descripteurs de forme et de mouvement calculés sur des squelettes de main 3D. De plus, nous proposons une base de données de gestes de mains dynamiques contenant 14 types de gestes. Les résultats montrent une utilisation prometteuse des données de squelette pour reconnaître des gestes de main. Dans un second temps, nous étendons l'étude de l'analyse des gestes de main à une reconnaissance en ligne. En utilisant une approche d'apprentissage profond, nous employons une stratégie de transfert d'apprentissage afin d’entraîner des caractéristiques de pose et de forme de la main à partir d'images de profondeur d'une base de données crée à l'origine pour un problème d'estimation de la pose de la main. Nous modélisons ensuite les variations temporelles des poses de la main et de ses formes grâce à une méthode d'apprentissage profond récurrente. Enfin, les deux informations sont fusionnées pour détecter et reconnaître des gestes de main.

Experimental and theoretical studies on the dynamics of transient plasma plumes generated by laser ablation in various temporal regimes

/ Irimiciuc Stefan-Andrei / Université Lille1 - Sciences et Technologies, Universitatea Alexandru Ioan Cuza (Iaşi, Roumanie) / 20-10-2017
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Les applications de l’ablation laser connaissent un développement important, dans des domaines comme le micro-usinage, la médecine, le nucléaire ou les sciences analytiques. Malgré d’importantes avancées dans la connaissance des interactions complexes intervenant dans ce processus, on a encore besoin d’une meilleure compréhension fondamentale et de modélisation. Le but de ce travail a été d’étudier expérimentalement et théoriquement la dynamique des plasmas transitoires générés par ablation laser dans différents régimes temporels (ns, ps, fs) et d’essayer de corréler le comportement observé avec les propriétés physiques des matériaux ablatés. Nous avons mis en œuvre des méthodes optiques, spectroscopiques et électriques résolues spatialement et temporellement pour l’étude de cibles métalliques mono-éléments et de cibles plus complexes à base de chalcogénures. Cela nous a permis d’avoir une cartographie spatio-temporelle des principaux paramètres du plasma. L’étude en configuration PLD (Pulsed Laser Deposition) a révélé quelques effets particuliers, comme les oscillations ioniques ou la réflexion du plasma sur le substrat. Une version compacte du modèle hydrodynamique fractal a été développée pour simuler la dynamique du plasma. Le modèle théorique réussit à décrire l’évolution spatiale et temporelle des principaux paramètres du plasma (température électronique, vitesses d’expansion, concentration, longueur de Debye, potentiel du plasma). Nous proposons des relations empiriques reliant ces paramètres aux propriétés physiques (conductivités électrique/thermique, mass atomique, chaleur de vaporisation) de la cible. Ces relations transcendent les trois régimes d’ablation.

Exploration-exploitation with Thompson sampling in linear systems

/ Abeille Marc / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 13-12-2017
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Cette thèse est dédiée à l'étude du Thompson Sampling (TS), une heuristique qui vise à surmonter le dilemme entre exploration et exploitation qui est inhérent à tout processus décisionnel face à l'incertain. Contrairement aux algorithmes issus de l'heuristique optimiste face à l'incertain (OFU), où l'exploration provient du choix du modèle le plus favorable possible au vu de la connaissance accumulée, les algorithmes TS introduisent de l'aléa dans le processus décisionnel en sélectionnant aléatoirement un modèle plausible, ce qui les rend bien moins coûteux numériquement. Cette étude se concentre sur les problèmes paramétriques linéaires, qui autorisent les espaces état-action continus (infinis), en particulier les problèmes de Bandits Linéaires (LB) et les problèmes de contrôle Linéaire et Quadratique (LQ). Nous proposons dans cette thèse de nouvelles analyses du regret des algorithmes TS pour chacun de ces deux problèmes. Bien que notre démonstration pour les LB garantisse une borne supérieure identique aux résultats préexistants, la structure de la preuve offre une nouvelle vision du fonctionnement de l'algorithme TS, et nous permet d'étendre cette analyse aux problèmes LQ. Nous démontrons la première borne supérieure pour le regret de l'algorithme TS dans les problèmes LQ, qui garantie dans le cadre fréquentiste un regret au plus d'ordre O(\sqrt{T}). Enfin, nous proposons une application des méthodes d'exploration-exploitation pour les problèmes d'optimisation de portefeuille, et discutons dans ce cadre le besoin ou non d'explorer activement.

Fabrication and characterization of III-V MOSFETs for high performance and low power applications

/ Pastorek Matej / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 14-12-2017
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La réduction de la taille des circuits CMOS vers des dimensions extrêmement petites est telle que son élément constitutif, le MOSFET à base de Silicium, commence à souffrir d’une faible efficacité de puissance. L’une des alternatives qui ne peut être écartée est le concept du transistor MOSFET à base de matériaux III-V. Ses propriétés de transport extraordinaires, apportées par les matériaux III-V, promettent de réduire la tension d’alimentation des circuits CMOS sans réduire leur performance. Cette transition technologique pourrait aboutir non seulement à des circuits CMOS plus petits, plus écologiques mais aussi à des circuits co-intégrés avec des technologies RF. C’est dans ce contexte que nous présentons, dans ce travail de thèse, la fabrication et la caractérisation des transistors MOSFET Ultra-Thin Body (UTB) à base d’InAs et du transistor FinFET à base d’InAs. La combinaison d’une longueur de grille extrêmement réduite, d’une faible résistance d’accès et d’une mobilité impressionnante dans le canal d’InAs a permis d’obtenir des courants importants (IMAX=2000mA/mm pour LG=25nm). Egalement, l‘utilisation des architectures du canal de type ultra mince et FinFET permet d’obtenir un bon contrôle électrostatique. De plus, une spécificité du procédé technologique présentée dans ce travail est les réalisations des contacts et du canal par une épitaxie par jets moléculaires (MBE) localisée.

Formation of extrusion-intrusion in a martensitic steel studied by advanced microscopies

/ Seidametova Gulzar / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 05-12-2017
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L’objectif de ce travail est, d’une part, d’expliquer le mécanisme de formation d’extrusion-intrusion par fatigue oligocyclique à température ambiante à la surface d’un acier martensitique à 12% de chrome et, d’autre part, de définir le rôle des différentes interfaces de la microstructure sur la formation des extrusions et des intrusions. L'analyse en microscope à force atomique de la surface de l'échantillon après chaque interruption de l’essai de fatigue oligocyclique a révélé deux morphologies d'extrusions qui ont été appelées extrusions principales et extrusions secondaires. L’étude des évolutions microstructurales sous les marques de glissement à l’aide de la microscopie électronique à transmission a confirmé la localisation des extrusions principales à proximité des différentes interfaces de la structure martensitique ou des murs des cellules de dislocations, et prouvé la localisation des intrusions dans les interfaces elles-mêmes. Quant aux extrusions secondaires, leur localisation à l'intérieur des lattes a également été validée. L'ensemble des résultats confrontés au modèle de Polak a conduit à proposer un mécanisme de formation des extrusions et intrusions à la surface de l'acier martensitique hiérarchiquement organisé. Ainsi, les différents joints inhérents à la structure martensitique et les cellules de dislocation formées par fatigue jouent un rôle primordial dans la création des intrusions.

Heterogeneous cluster computing for many-task exact optimization : application to permutation problems

/ Gmys Jan / Université Lille1 - Sciences et Technologies, Université de Mons / 19-12-2017
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L'algorithme Branch-and-Bound (B&B) est une méthode de recherche arborescente fréquemment utilisé pour la résolution exacte de problèmes d'optimisation combinatoire (POC). Néanmoins, seules des petites instances peuvent être effectivement résolues sur une machine séquentielle, le nombre de sous-problèmes à évaluer étant souvent très grand. Visant la resolution de POC de grande taille, nous réexaminons la conception et l'implémentation d'algorithmes B&B massivement parallèles sur de larges plateformes hétérogènes de calcul, intégrant des processeurs multi-coeurs, many-cores et et processeurs graphiques (GPUs). Pour une représentation compacte en mémoire des sous-problèmes une structure de données originale (IVM), dédiée aux problèmes de permutation est utilisée. En raison de la forte irrégularité de l'arbre de recherche, l'équilibrage de charge dynamique entre processus d'exploration parallèles occupe une place centrale dans cette thèse. Basés sur un encodage compact de l'espace de recherche sous forme d'intervalles, des stratégies de vol de tâches sont proposées pour processeurs multi-core et GPU, ainsi une approche hiérarchique pour l'équilibrage de charge dans les systèmes multi-GPU et multi-CPU à mémoire distribuée. Trois problèmes d'optimisation définis sur l'ensemble des permutations, le problème d'ordonnancement Flow-Shop (FSP), d'affectation quadratique (QAP) et le problème des n-dames sont utilisés comme cas d'étude. La resolution en 9 heures d'une instance du FSP dont le temps de résolution séquentiel est estimé à 22 ans demontre la capacité de passage à l'échelle des algorithmes proposés sur une grappe de calcul composé de 36 GPUs.

Identification of the impact mechanisms of the electromagnetic interferences on the Wi-Fi communications

/ Romero Grecia / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 13-12-2017
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Les communications sans fil sont essentielles pour les nouveaux systèmes des transports. Ainsi, ces communications sans fil doivent être capables d'opérer sans interruption quelque soit l'environnement électromagnétique (EM) dans lequel elles se trouvent. Pour cette raison, nous nous étudions comment certains environnements EM affectent les systèmes de communication. Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés aux trains à grande vitesse. Dans ce secteur, on peut trouver des interférences EM intentionnelles (IEMI) et des interférences EM non intentionnelles (EMI). Nous avons considéré comme EMI les signaux interférences électromagnétiques transitoires produites par les pertes de contact entre la caténaire et le pantographe. Pour les IEMI, nous avons utilisé des signaux d'interférence générés par des brouilleurs. Nous avons étudié la vulnérabilité du réseau de communication IEEE 802.11n face à ces différents types d'interférences. Par la suite nous avons identifié le mécanisme d'accès au canal comme un point potentiellement vulnérable aux deux types d'interférences. En effet, une interférence de faible puissance peut faire croire que le canal est occupé, empêchant toute communication. Concernant les IEMI, nous avons remarqué que la période de balayage de la bande de fréquence du signal du brouillage est un paramètre important pour que celui-ci soit efficace. Pour les signaux EMI, nous avons identifié la période DIFS comme étant un autre paramètre vulnérable de la norme, car à partir d'un certain niveau de puissance d'interférence et dès que l'intervalle de répétition entre les transitoires est inférieur au DIFS, la communication est systématiquement interrompue.

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