Eco-conception de polymères biosourcés, biodégradables et bio-insectifuges comme alternative aux pesticides chimiques conventionnels

Doctorante : Virginie LACOTTE

Laboratoire INSA : IMP - Ingénierie des Matériaux Polymères

École doctorale : ED n°34 ML - Matériaux

Les ravageurs des cultures entraînent d'importantes pertes de rendement à l'échelle mondiale. Leur lutte repose principalement sur l'utilisation de pesticides chimiques de synthèse ou de films et filets plastiques, une pratique appelée plasticulture. Toutefois, les pesticides chimiques présentent des risques pour la santé et l'environnement, tandis que les biopesticides manquent souvent de stabilité. Par ailleurs, la plasticulture, reposant sur des polymères fossiles non biodégradables, n'assure pas une protection totale contre les insectes. Bien que des alternatives à base de biopolymères émergent, leurs propriétés physiques doivent encore être améliorées. Les plastiques fonctionnalisés avec des pesticides offrent une solution prometteuse, agissant à la fois comme barrière physique et chimique contre les ravageurs, garantissant la stabilité des pesticides et leur libération contrôlée, et améliorant les propriétés des polymères. Cette thèse explore le potentiel de cette approche innovante en développant un polymère biosourcé, biodégradable et bio-insectifuge. Des huiles essentielles (HEs) ont été incorporées au polybutylène succinate-co-adipate (PBSA) par extrusion à basse température afin de préserver leur stabilité et de créer des films agricoles actifs. La libération contrôlée des HEs dans la matrice PBSA a permis de repousser efficacement les pucerons pendant plus d'un an dans des conditions simulant un environnement agricole. De plus, les HEs ont amélioré l'hydrophobicité et la ductilité des films, réduisant leur sensibilité à l'hydrolyse et au déchirement. Après un an d'exposition, la plupart des formulations ont conservé de bonnes propriétés. Enfin, les films se sont biodégradés rapidement dans le sol, notamment en présence d'HE, atteignant une dégradation quasi complète en quelques mois. La prochaine étape consistera à tester ces films en conditions réelles et contre d'autres ravageurs, tout en s'assurant qu'ils n'aient aucun impact négatif sur les espèces non ciblées. Dans un contexte où des solutions durables pour la protection des cultures sont essentielles à la sécurité alimentaire et à la préservation de l'environnement, ce polymère biosourcé, biodégradable et bio-insectifuge représente une alternative prometteuse et innovante.

Perception de la direction et de la largeur des sources fantômes dans un contexte de reproduction audio en environnement automobile

Doctorant : Thomas CHARPENTIER

Laboratoire INSA : LVA - Laboratoire Vibrations Acoustique

École doctorale : ED n°162 MEGA - Mécanique, Énergétique, Génie Civil, Acoustique
 

Cette thèse a pour but d'identifier et de caractériser quelques attributs relatifs à la spatialisation sonore dans une voiture, c'est-à-dire ce qui concerne la dispersion spatiale des sources et de l'environnement d'enregistrement. Cette thèse se concentre principalement sur les contenus stéréophoniques à deux canaux, droite et gauche, qui sont le format le plus largement diffusé aujourd'hui. Dans un premier temps, une recherche bibliographique a permis d'identifier et de hiérarchiser les attributs liés à la scène sonore qui peuvent être divisés en deux groupes: la localisation et l'immersion. En comparant les résultats de plusieurs études dans le premier chapitre, il est montré que la direction et de la largeur des sources virtuelles sont les attributs les plus importants dans le contexte automobile. Ainsi, un protocole expérimental de perception de la direction a été développé dans une seconde partie. Une fois le protocole validé, plusieurs expériences ont été réalisées dans des voitures. Les données provenant de ces expériences ont été comparées avec plusieurs modèles perceptifs, basés sur des enregistrements binauraux ou sur des données géométriques. Il est démontré qu'un de ces modèles a la capacité de prédire la position perçue des sources virtuelles. Dans un dernier chapitre, en utilisant les connaissances issues de la première partie ainsi que de la littérature, plusieurs réglages audio ont été proposés afin que le centre d'une piste stéréophonique soit perçu devant un ou les deux passagers avant. A partir de ces réglages, une expérience perceptive de la direction et de la largeur a été réalisée dans une voiture. Les résultats de cette expérience démontrent les limites du modèle validé dans la première partie, car celui-ci fonctionne seulement dans un certain cadre. Cependant, les résultats ont permis de valider et de comparer les différentes approches de réglages. Enfin, les données expérimentales sur la largeur ont été comparées avec plusieurs modèles perceptifs. Deux modèles ont révélé être cohérent avec les données expérimentales : un modèle binaural, basé sur le calcul des indices interauraux et de la probabilité que ceux-ci correspondent à des sources réelles à différents degrés d'azimut, et la fraction latérale de l'énergie. Pour conclure, cette thèse a permis de mettre en lumière un modèle capable de prédire la perception de la direction des sources sonores virtuelles dans le plan horizontal au sein d'un habitacle automobile. Bien qu'il ait été démontré que ce modèle fonctionne uniquement dans un cadre bien défini, le fait même qu'il ait fonctionné nous apporte de précieuses informations sur le mécanisme de perception de la scène sonore dans un tel contexte. De plus, en s'inspirant de ce modèle et d'autres études, il a été prouvé expérimentalement que plusieurs méthodes de réglage permettent de positionner une source virtuelle à une position donnée, de manière à ce qu'elle soit perçue de la même façon par les passagers de gauche et de droite dans leur propre référence. L'avantage de ces méthodes réside dans leur automatisation quasi totale. Par ailleurs, le modèle binaural permet d'estimer la qualité de restitution des sources virtuelles en termes de largeur sur le plan horizontal, et même de direction dans certains cas. Ce modèle peut ainsi être utilisé pour comparer différentes architectures audio ou réglages sans a priori sur les algorithmes employés. Bien entendu, d'autres études sont nécessaires, par exemple pour développer un modèle capable d'estimer la direction d'une source virtuelle dans tous les contextes. De plus, d'autres attributs perceptifs méritent d'être étudiés, tels que la perception de la distance et de l'immersion.

 

Résilience à la collusion dans les mécanismes de places de marché décentralisées

Doctorant : Matthieu BETTINGER

Laboratoire INSA : LIRIS - Laboratoire d'lnfoRmatique en Image et Systèmes d'information

École doctorale : ED512 Infomaths (Informatique et Mathématiques de Lyon)

Les places de marché décentralisées dans le Web3 cherchent à protéger leurs utilisateurs contre la censure, les biais et les points de défaillance uniques qui peuvent exister dans leurs homologues centralisés. Pourtant, certains mécanismes ont tendance à rester centralisés, par exemple le moteur de recherche permettant de découvrir de nouvelles ressources sur le marché. De telles vulnérabilités ont été exploitées sur des places de marché décentralisées ces dernières années : il est d'autant plus essentiel de fournir des mécanismes de protection. Dans cette thèse, nous proposons des protocoles pour assurer la fiabilité et l'équité des mécanismes des places de marché, notamment par la résilience à la collusion d'acteurs malveillants. Tout d'abord, pour traiter la sélection décentralisée d'un sous-ensemble de participants parmi une population comprenant des acteurs malveillant, nous proposons un protocole basé sur la blockchain pour éviter que les acteurs malveillants n'influencent la sélection à leur avantage. Ensuite, en considérant des ensembles de participants sélectionnés qui travailleront ensemble sur des tâches dans une place de marché décentralisée de ressources cloud, dans un environnement sans accès à des informations fiables ou non confidentielles, nous présentons un mécanisme d'incitation qui punit ou récompense collectivement les participants aux tâches en fonction du résultat de leurs tâches. Nous décrivons et évaluons également la manière d'atteindre un taux de réussite cible des tâches de la place de marché : l'algorithme que nous proposons est capable d'atteindre les objectifs définis et de réduire par 5 à 10 fois le taux d'échec par rapport à un système sans protection. Par ailleurs, nous montrons comment les fournisseurs du moteur de recherche d'une place de marché décentralisée peuvent favoriser un sous-ensemble d'utilisateurs du moteur de recherche. Nous protégeons ces moteurs de recherche avec notre protocole COoL-TEE, qui permet aux utilisateurs honnêtes d'éviter les fournisseurs malveillants de ce moteur de recherche, qui retardent de manière sélective les réponses au profit des utilisateurs qui les soudoient. Les utilisateurs honnêtes collaborent avec des environnements d'exécution de confiance (Trusted Execution Environment, TEE) au sein des machines hôtes des fournisseurs du moteur de recherche, afin de sélectionner des fournisseurs proches, rapides et honnêtes. A partir de simulations d'utilisateurs envoyant des requêtes depuis le monde entier à des fournisseurs géo-distribués hébergés dans des centres de données, nous illustrons comment COoL-TEE réduit l'avantage des utilisateurs malveillants à un niveau proche d'un scénario sans attaques. Enfin, de nombreux protocoles traditionnels et basés sur les TEEs requièrent des mesures temporelles fiables pour leur logique d'exécution, y compris COoL­ TEE. Cependant, des attaquants qui contrôlent le système d'exploitation sont capables d'attaquer la perception du temps du TEE et, par conséquent, de manipuler les protocoles utilisant les mesures temporelles fournies. Nous contribuons une implémentation publique du protocole d'état-de-l'art Triad, dont le code source est fermé, et nous menons des attaques sur celui-ci de manière empirique. Sa calibration peut être manipulée pour affecter la vitesse d'horloge perçue par le TEE. En outre, les attaques sur une machine compromise peuvent se propager aux machines honnêtes participant au protocole de temps de confiance de Triad. Nous discutons comment atténuer ces vulnérabilités afin d'améliorer la résilience contre de telles attaques.

Caractérisations physiques et électriques de composants verticaux à base GaN

Doctorant : Maroun DAGHER

Laboratoire INSA : INL - Institut des Nanotechnologies de Lyon

École doctorale : ED34 ML - Matériaux

La demande progressive des composants de puissance pour des applications à haute tension a conduit à une révolution dans le domaine d'électronique de puissance. Le nitrure de gallium (GaN) présente les propriétés nécessaires pour ces applications tels qu'un champ électrique critique élevé et une vitesse de saturation importante et ainsi, il servira comme une solution alternative du silicium dont les propriétés limitent les performances à haute tension. Des structures latérales à base de GaN sont déjà commercialisées, mais elles ne profitent pas complètement des propriétés exceptionnelles du GaN pour atteindre les limites théoriques en termes de tenue en tension. Bien que les structures verticales résolvent la limitation de fonctionnalité des structures latérales pour les applications à haute tension, mais cela n'évite pas que d'autres facteurs empêchent l'exploitation pleine des avantages du GaN. Ainsi, les travaux de cette thèse se concentrent sur la compréhension des facteurs, liés à la qualité du matériau et à l'optimisation des procédés de croissance et de fabrication, et empêchant les composants verticaux GaN-sur-GaN d'atteindre une tenue en tension optimale. Des caractérisations physiques micro-Raman sont employées pour étudier les défauts structuraux et le dopage, alors
que des caractérisations électriques DLTS (Deep Level Transient Spectroscopy) sont réalisées pour identifier l'origine et le type des défauts. La corrélation entre ces caractérisations va conduire à des conclusions sur l'origine des limitations électriques.

Méthodes et outils pour l'étude diachronique des discours géographiques dans deux encyclopédies françaises.

Doctorante : Alice BRENON

Laboratoire INSA : LIRIS - Laboratoire d'lnfoRmatique en Image et Systèmes d'information

École doctorale : ED512 lnfoMaths - Informatique et Mathématiques de Lyon

Dans le cadre du projet GEODE du LabEx ASLAN, cette thèse étudie en diachronie les discours géographiques dans deux encyclopédies françaises. L'Encyclopédie, Dictionnaire Raisonné des sciences, des arts et des métiers (EDdA), emblématique du siècle des Lumières, constitue la borne la plus ancienne de l'intervalle. Celui-ci s'étend jusqu'à la fin du XIXᵉ siècle, représenté par La Grande Encyclopédie, Inventaire raisonné des Sciences, des Lettres et des Arts (LGE). Au travers de trois contributions principales, les travaux abordent des thématiques telles que la préparation des données et l'encodage en particulier, la classification automatique et les analyses textométriques. En confrontant des méthodes simples de la théorie des graphes à des remarques structurelles sur les éléments présents dans les encyclopédies, la première étude souligne les différences fondamentales qui existent entre dictionnaires et encyclopédies en termes de structures et aboutit à la proposition d'un encodage XML-TEi pour représenter une encyclopédie, qui est appliqué sur la première édition numérique de LGE. La comparaison de méthodes de classifications permet ensuite de choisir un modèle pour associer un domaine de connaissance à chaque article du corpus, ce qui rend possible la conduite d'analyses contrastives dans la dernière partie de la thèse. Un examen attentif des erreurs commises par un des classifieurs sur l'EDdA révèle des ressemblances existant entre les domaines et montre une Géographie très au contact des autres sciences au XVIII^e siècle. Pour finir, les deux œuvres sont comparées pour mettre en relief les changements survenus dans la manière d'écrire la Géographie. Un premier développement quantifie puis caractérise la variation dans les articles du domaine (à l'aide de statistiques sur le nombre de mots et leurs longueurs puis en étudiant les mouvements d'entrées entre domaines) Les apports de la textométrie sont enfin utilisés pour approfondir la compréhension des liens entre biographies et discours géographiques.

 

Apprentissage Collaboratif de Confiance : Personnalisation, Confidentialité et Robustesse en Environnements Décentralisés

Doctorant : Yacine BELAL

Laboratoire INSA : LIRIS - Laboratoire d'lnfoRmatique en Image et Systèmes d'information
École doctorale : n°512 lnfoMaths - Informatique et Mathématiques de Lyon

Il y a une vingtaine d'années, l'émergence du Web 2.0 a profondément transformé notre rapport au numérique en permettant aux utilisateurs de créer et partager du contenu sur une multitude de plateformes, générant ainsi un volume croissant de données. Combinée aux récents progrès en apprentissage automatique, cette abondance de données a permis l'apparition de nombreux services basés sur l'apprentissage (e.g., agents conversationnels, assistants vocaux, détection de fraude). Traditionnellement, l'entraînement des modèles sous-jacents à ces services reposait sur la collecte de données sensibles par des entités centralisées, souvent les fournisseurs de service eux-mêmes. Cette centralisation a soulevé de sérieuses préoccupations en matière de confidentialité, comme en témoignent les multiples scandales liés à la vie privée au cours de la dernière décennie. En réponse, plusieurs réglementations, telles que le Règlement Général sur la Protection des Données (RGPD), ont été mises en place. Dans ce contexte, repenser les paradigmes d'apprentissage classiques pour les rendre plus respectueux de la vie privée est devenu essentiel. L'apprentissage fédéré a vu le jour en 2017 avec la promesse de préserver la confidentialité des données en permettant à des utilisateurs d'entraîner collaborativement un modèle sans jamais partager leurs données brutes. Ce paradigme a donné naissance à une classe plus large d'approches appelée apprentissage collaboratif. Il est désormais bien établi que l'apprentissage fédéré souffre de plusieurs limitations, notamment sa dépendance à un serveur central (point de défaillance unique) et sa vulnérabilité à diverses attaques en confidentialité et robustesse. C'est dans cette optique que l'apprentissage par commérage a été proposé, avec la promesse d'une décentralisation totale, s'appuyant sur des protocoles de communication pair-à-pair, dits protocoles de bavardage. Dans ce paradigme, chaque nœud agit comme un mini-serveur fédéré, coordonnant l'apprentissage avec ses voisins via un graphe de communication dynamique. Toutefois, il reste à démontrer si cette approche permet réellement de dépasser les limites de l'apprentissage fédéré, notamment en matière de personnalisation, de protection de la vie privée et de robustesse face aux comportements malveillants. Cette thèse s'attache à explorer ces questions. Dans un premier temps, nous comparons les performances individuelles des modèles produits par ces deux paradigmes, avant de proposer PEPPER, une structure logicielle permettant d'exploiter pleinement le potentiel de l'apprentissage par commérage à des fins de personnalisation, et de surpasser l'approche fédérée sur cet aspect. Dans un second temps, nous introduisons CIA, une attaque d'inférence de communautés utilisée pour auditer les vulnérabilités de confidentialité des deux paradigmes. Cette étude révèle une certaine résilience intrinsèque de l'apprentissage par commérage face à ce type d'attaques d'inférence comparative. Enfin, nous nous penchons sur la robustesse de ce paradigme face aux attaques par empoisonnement de modèles. Bien que sa nature dynamique puisse l'exposer davantage à ce type de menaces, nous proposons GRANITE, un cadre logiciel robuste pour l'apprentissage par commérage sur des graphes dynamiques. Dans l'ensemble, ce travail met en évidence le potentiel de l'apprentissage par commérage à s'imposer comme une alternative crédible à long terme pour des systèmes d'apprentissage décentralisés, transparents et centrés sur l'utilisateur.

Systèmes de traitement et de stockage distribué confidentiels basés sur les TEEs

Doctorant : Aghiles AIT MESSAOUD

Laboratoire INSA : LIRIS - Laboratoire d'lnfoRmatique en Image et Systèmes d'information
École doctorale : n°512 lnfoMaths - Informatique et Mathématiques de Lyon

Les données sont devenues un moteur essentiel du monde numérique, alimentant l'innovation et les stratégies commerciales. Toutefois, leur manipulation s'accompagne d'importants enjeux de sécurité et d'éthique, car elles peuvent contenir des informations sensibles nécessitant une protection stricte. Toute violation peut entraîner des atteintes à la vie privée, des pertes financières et une perte de confiance. Pour garantir leur sécurité, il est crucial de les protéger dans leurs trois états : en transit, au repos et en cours d'utilisation. Les données en transit doivent être chiffrées pour éviter toute interception, celles au repos sécurisées par des contrôles d'accès stricts et un chiffrement robuste, tandis que celles en cours de traitement nécessitent un environnement protégé pour empêcher tout accès non autorisé. Les environnements d'exécution fiables jouent un rôle clé en isolant les données sensibles, même vis-à-vis des processus système ou du système d'exploitation. Cette recherche se divise en deux parties principales. La première porte sur la sécurisation des données en cours d'utilisation, en étudiant l'apprentissage fédéré comme cas d'usage spécifique. Ce paradigme d'apprentissage automatique préservant la confidentialité reste vulnérable aux attaques visant la mémoire principale des dispositifs clients, pouvant révéler des informations sensibles sur les données utilisées pour l'entraînement du modèle. Face à ces menaces, GradSec a été développé pour sécuriser l'apprentissage fédéré contre ces attaques. Cette solution exploite ARM TrustZone, un environnement d'exécution fiable conçu pour les appareils mobiles, afin de protéger les couches critiques du modèle en fonction des attaques identifiées. La seconde partie traite de la sécurisation des données au repos en s'appuyant sur les bases de données dé-valeur en mémoire, choisies pour leur flexibilité et leur capacité à stocker divers types de données via sérialisation. Une analyse approfondie des bases de données dé-valeur basées sur des environnements d'exécution fiables a mis en évidence leurs architectures et composants fondamentaux, tout en révélant leur vulnérabilité aux attaques par canaux auxiliaires. Pour atténuer ce risque, TruShare a été conçu comme un système de stockage distribué confidentiel combinant environnements d'exécution fiables et partage de secret. En fragmentant les données sensibles entre plusieurs nœuds, cette approche rend les fuites de données beaucoup plus complexes pour un attaquant. Ces travaux de recherche visent à répondre aux défis de la sécurité des données dans des environnements non fiables, en garantissant une confidentialité renforcée aussi bien lors du traitement que du stockage des informations.

La phase en nanophotonique : de la microscopie de plasmons de surface aux capteurs de métasurfaces

Ingénieur de recherche hors classe CNRS : Lotfi BERGUIGA

Laboratoire INSA : Institut des Nanotechnologies de Lyon (INL UMR CNRS 5270)

Rapporteurs : 

• Elise Ghibaudo
• Nicolas Bonod
• Pierre Blandin

Jury :

Civilité	Nom et Prénom	Grade/Qualité	Etablissement
Mme	Ghibaudo Elise	Professeure des Universités	Université de Grenoble Alpes
M	Bonod Nicolas	Directeur de recherche CNRS	Université de Marseille
M	Blandin Pierre	Directeur de recherche	CEA
Mme	Argoul Françoise	Directrice de recherche CNRS	Université de Bordeaux
M	Cottancin Emmanuel	Professeur des Universités	Université Claude Bernard Lyon 1
M	Jourlin Yves	Professeur des Universités	Université Jean Monnet Saint-Etienne
M	Benyattou Taha	Directeur de recherche CNRS	INSA Lyon

Hybridation de modèles pour une prise de décision fiable

Doctorante : Sophie GUILLAUME

Laboratoire : REVERSAAL - REduire Réutiliser Valoriser Les Ressources Des Eaux Résiduaires

École doctorale : ED 206 Chimie de Lyon

Dans le contexte du changement global, les villes s'orientent vers des pratiques plus durables et résilientes en matière d'eau. Les solutions fondées sur la nature contribuent aux approches de gestion intégrée de l'eau en gérant localement les volumes d'eau et en traitant la pollution, tout en préservant la biodiversité et en soutenant la dynamique socio-économique dans le paysage urbain à un coût raisonnable. Ces solutions fleurissent dans le monde entier sous de multiples terminologies et manquent de lignes directrices pour leur mise en œuvre. Ce défi est relevé par le projet MULTISOURCE, dans le cadre duquel cette thèse vise l'aspect technique du pré-dimensionnement des unités technologiques développées pour le traitement des eaux usées. En particulier, les filtres plantés sont confrontés à un manque de compréhension de la relation entre leur conception et les méchanismes de traitement impliqués, ainsi qu'à un manque de données comparables sur ces systèmes. Les modèles de conception actuels sont simples et conservateurs, tandis que les modèles basés sur des données ne sont pas fiables. Cette thèse propose, dans un premier temps, le développement d'une ontologie afin de clarifier les ambiguïtés terminologiques, d'unifier les connaissances sur les filtres plantés et de mieux identifier leurs principales caractéristiques en termes d'élimination des polluants. La deuxième étape de ce travail propose d'homogénéiser les contrôles de qualité des données grâce à une méthodologie de validation des données avec une évaluation quantitative de la qualité des observations. Dans un troisième temps, deux méthodologies d'hybridation des modèles mécanistes et des modèles basés sur les données sont développées pour fournir des estimations de conception basées à la fois sur les connaissances et les données. Enfin, cette méthodologie est appliquée à l'ensemble des données validées, et des méthodes d'optimisation de la conception sont mises au point pour tenir compte de l'incertitude inhérente à la prise de décision.

Space Networking: Models and Methods

Soutenance publique

Maître de conférences : Juan Andrés FRAIRE

Laboratoire INSA : CITI Lab – Agora Team - Inria

Jury :

Civilité	Nom et Prénom	Grade/Qualité	Établissement
M.	POPOVSKI Petar	Professeur des Universités	Aalborg University
MME	UYSAL Elif	Professeur des Universités	Middle East Technical University
MME	KARABULUT KURT Gunes	Professeur des Universités	Polytechnique Montréal
MME	RATNASAMY Sylvia	Professeur des Universités	University of California Berkeley
M.	RIVANO Hervé	Professeur des Universités	INSA Lyon
M.	SHENKER Scott	Professeur des Universités	University of California Berkeley
MME	GUERIN-LASSOUS Isabelle	Professeur des Universités	Université Claude Bernard Lyon 1