Capteurs portables et connectés pour la mesure de paramètres physiologiques en conditions ambulatoires

Maître de Conférences : Bertrand MASSOT

Laboratoire INSA :  Institut des Nanotechnologies de Lyon

Composition du jury : 

• Rapporteurs : BARTHOD Christine, BERNARD Serge, CERTON Dominique
• Jury : 

Civilité	Nom et Prénom	Grade/Qualité	Etablissement
Mme	BARTHOD Christine	Professeure des Universités	Université Savoie Mont Blanc
M.	BERNARD Serge	Directeur de Recherche	Université de Montpellier
M.	CERTON Dominique	Professeur des Universités	Université de Tours
M.	DELACHARTRE Philippe	Professeur des Universités	INSA Lyon
Mme	GEHIN Claudine	Professeure des Universités	INSA Lyon
M	NOURY Norbert	Professeur des Universités	Université Claude Bernard Lyon 1

 

Twenty years of research, three labs, two countries: a short insight into navigating between different subjects, model systems and life. Ndlr. It’s all about interactions.

Chargé de Recherche de Classe Normale (CRCN) : Rita Rebollo

Laboratoire INSA :  BF2i

Composition du jury : 

• Rapporteurs : Nicolas Nègre, Clémentine Vitte et Laure Teysset
• Jury : 

Civilité	Nom et Prénom	Grade/Qualité	Etablissement
Mme	Haichar Feteh el Zahare	Professur des universités	INSA Lyon
Mme	Hommais Florence	Professur des universités	Université Lyon 1
Mme	Kremer Natacha	Chargé de recherche HDR	CNRS – Université Lyon 1
Mr	Nègre Nicolas	Professur des universités	Université de Montpellier
Mme	Teysset Laure	Professur des universités	Sorbonne Université
Mme	Vitte Clémentine	Chargé de recherche HDR	CNRS – Université Paris Saclay

 

Boîte à outils de conception pour les systèmes électroniques de puissance à base de circuits imprimés (PCB)

Doctorant : Bahaeddine BEN HAMED

Laboratoire INSA : Laboratoire Ampère

École doctorale : ED n°160 EEA - Electronique, Electrotechnique, Automatique de Lyon

Les convertisseurs de puissance sont des systèmes complexes faisant intervenir des phénomènes multiphysiques couplés : comportement électromagnétique, effets thermiques et interactions matériaux. Leur conception est rendue difficile par la diversité des composants, matériaux, niveaux de tension et stratégies de refroidissement utilisés. À cela s'ajoutent des exigences croissantes en matière de performance, de miniaturisation et de fiabilité. Les outils actuels de CAO électronique (ECAD) et de simulation ont beaucoup évolué. Ils sont plus précis, conviviaux et capables de modéliser des comportements détaillés. Toutefois, le processus de conception reste morcelé. Différents outils spécialisés sont utilisés à chaque étape, nécessitant des expertises variées, une gestion complexe des données, et impliquant des problèmes d'interopérabilité entre formats propriétaires. Ce cloisonnement ralentit le développement, notamment lors des itérations entre les aspects électriques, thermiques et mécaniques. Le prototypage physique représente également un frein, en particulier pour les technologies avancées comme les PCB embarqués. Les délais de fabrication peuvent atteindre plusieurs mois, avec des coûts élevés. Le prototypage virtuel apparaît ainsi comme une alternative prometteuse, mais encore peu développée dans le domaine de l'électronique de puissance. Cette thèse propose un outil de conception permettant de générer automatiquement des prototypes virtuels de cartes électroniques de convertisseurs. L'objectif est de produire des modèles de simulation électro­ thermiques fiables à partir du layout PCB, en réduisant le recours au prototypage physique. L'outil développé intègre plusieurs étapes: extraction du layout, simplification géométrique, modélisation électromagnétique, simulation thermique par éléments finis et génération de schéma électronique pour la simulation de circuits. Les validations expérimentales menées sur des cartes simples et complexes ont confirmé la pertinence des modèles générés. L'outil permet de simuler des paramètres difficiles à mesurer comme la température de jonction ou les formes d'onde de commutation. Les résultats ont été comparés à des mesures sur prototypes réels, renforçant la crédibilité de l'approche. L'analyse des performances montre que la simulation thermique est l'étape la plus coûteuse en temps (jusqu'à 95% du calcul total), mais reste négligeable face aux délais de fabrication. La capacité à explorer des variantes avant fabrication, et à accéder à des variables internes, montre la valeur pratique du prototypage virtuel. Des limites subsistent: dépendance à des logiciels propriétaires, problèmes de maillage, génération de "netlists" partiellement automatisée, et absence de prise en compte automatique des conditions environnementales. Des pistes d'amélioration incluent l'adoption de standards ouverts (IPC-2581) et l'intégration d'outils open-source. En conclusion, cette thèse démontre le potentiel du prototypage virtuel automatisé basé sur le layout dans le domaine de l'électronique de puissance embarquée. L'outil développé constitue une preuve de concept solide pour une approche unifiée, plus rapide et plus fiable du processus de conception.

Une étude des défis de consommation d'énergie dans les services de réalité étendue sur les réseaux cellulaires

Doctorante : Sekinat YAHYA

Laboratoire INSA : CITI - Centre d'innovation en Télécommunications et Intégration de Services
École doctorale : ED n°512 lnfoMaths - Informatique et Mathématiques de Lyon

Extended reality (XR) services are characterised by their heavy computational requirements throughout their life cycle. XR comprises multiple traffic modes consisting of 3D video and audio, haptics, sensor and pose information. Systems-related challenges relating to the creation, encoding, transmission, rendering and presentation of the application data from this class of services have increasingly become key areas of research inquiry from both a computational and energy viewpoint. Recently, new provisions have been made across different relevant standards to improve the capacity of these applications on mobile cellular networks. Our research investigates the energy-related challenges at both the RAN and UE levels. We conduct our evaluations using system-level simulations (SLS) that adhere to the parameter specifications established by standardisation bodies. We begin with a RAN-level energy reduction plus XR application enhancement strategy. With the cell switch off (CSO) technique proposed for BS deployment energy efficiency at low load, we evaluate the impact of an XR-capacity improvement criterion on the energy savings obtainable. Our analysis covers a European urban city using data from a European operator and system-level simulations according to the standard network operations. ln XR, UE energy-saving schemes are especially important since current delivery devices are still in early commercial development, making battery-saving techniques crucial. ln this thesis, we use the Rel-18 improvements on the discontinuous reception (DRX) UE energy saving mechanism through state-of-the-art prediction algorithms to propose a traffic prediction-based non-integer DRX mechanism. We achieved significant energy savings without impeding the XR quality of service requirements. Lastly, towards enhancing the capacity of XR on cellular networks in energy-saving mode, we propose a DRX plus QoE-aware scheduler (DQAS). Using SLS according to 3GPP specifications on XR QoE requirements, traffic model, and dense urban deployment scenarios, and following real traces from XR applications, we first evaluate a QoE-aware scheduler (QAS) for XR services. We introduced DRX awareness into QAS, jointly optimising XR QoE and energy consumption. We analysed our results to identify the parameter window in which both metrics can be optimally improved towards achieving the goal of XR capacity improvement on cellular networks.

Caractérisation du comportement à l'interface fibre-matrice des composites fibre de carbone/PEEK

Doctorante : Milena TOSTI UMEMURA

Laboratoire INSA : MATEIS - Matériaux Ingénierie et Sciences

École doctorale : ED34 : Matériaux de Lyon

La qualité de l'interface fibre-matrice est cruciale pour la détermination des propriétés finales des composites renforcés par des fibres, car elle influence l'efficacité du transfert de contraintes entre la fibre et la matrice, affectant ainsi significativement le comportement mécanique du composite. Dans cette étude, les interfaces entre 4 nuances de fibres de carbone et une matrice thermoplastique de polyétheréthercétone (PEEK) sont étudiées à partir d'une approche multi-échelle, visant à caractériser le comportement des interfaces sous différents modes de sollicitation. En particulier, l'influence de la rugosité et de la composition chimique de la surface des fibres de carbone sur les propriétés interfaciales d'un composite modèle comportant une seule fibre dans la matrice a été étudiée. Dans un premier temps, une étude macroscopique de la fragmentation des fibres sous charge longitudinale, suivie par émission acoustique, a permis de caractériser les propriétés interfaciales en cisaillement par une analyse statistique. La fragmentation des fibres a été utilisée pour estimer les propriétés mécaniques des fibres de carbone. Une analyse complémentaire in situ par microtomographie synchrotron à rayons X a permis une observation détaillée des mécanismes de fragmentation, révélant un retrait en longueur des fragments, même après saturation de la fragmentation. Une analyse micromécanique innovante a été proposée à partir de ce retrait pour estimer la résistance interfaciale au cisaillement (IFSS), permettant d'estimer l'évolution décroissante de l'IFSS pendant l'essai de fragmentation. Les propriétés interfaciales sous chargement transversal ont également été caractérisées par des essais de traction in situ par microtomographie synchrotron à rayons X, révélant une relation entre la propagation de l'endommagement dans la direction axiale de la fibre et la qualité de l'interface. Les caractéristiques interfaciales déterminent aussi la présence d'amorces de fissures au niveau de l'interface, leur ouverture au niveau de la décohésion à l'interface, et leur propagation éventuelle dans la matrice. Une observation précise de l'initiation de l'endommagement interfacial a été obtenue par microscopie électronique à balayage lors d'essais de traction transversale in situ sur des échantillons composites modèles. Ils ont permis de montrer les effets induits par la qualité de l'interface sur les mécanismes d'endommagement au voisinage immédiat de la fibre. Ces résultats démontrent ainsi que la chimie de surface des fibres de carbone a une forte influence sur le cisaillement et l'ouverture à l'interface fibre-matrice, comparée à avec la rugosité de la surface de la fibre. Cependant, cette rugosité a un impact significatif sur la propagation de l'endommagement dans la direction longitudinale des fibres. De plus, une fois la fibre et la matrice complètement décollées, une rugosité plus élevée implique également une érosion plus importante de la surface du polymère en contact avec la fibre, ce qui entraîne une diminution plus rapide des valeurs de l'IFSS d'une part, et d'autre part une plus grande tendance à la formation de fissures qui se propageront dans la matrice.

 

Mobilité moléculaire dans des réseaux époxy au degré d'hétérogénéité croissant

Doctorante : Carolina FRANZON

Laboratoire INSA : IMP - Ingénierie des Matériaux Polymères

École doctorale : ED534 : Matériaux de Lyon

Les propriétés physiques des réseaux thermodurcissables sont largement influencées par leur architecture et en particulier par leur densité de réticulation et hétérogénéité topologique. Cela concerne notamment les propriétés mécaniques aux grande déformation (e.g. effets bien établis sur la ténacité), les propriétés barrières (e.g. perméabilité aux gaz, absorption d'eau), ainsi que les propriétés électriques, en lien avec la polarisation interfaciale ou effet Maxwell-Wagner-Sillars (MWS), caractéristique des diélectriques hétérogènes. La mobilité moléculaire est identifiée pour intervenir au premier ordre dans des propriétés physiques macroscopiques de la phase amorphe des polymères, ce qui rend son étude essentielle à l'établissement de relations structure-mobilité-propriété dans les réseaux hétérogènes, enjeu central pour la conception de matériaux polymères avancés. Dans ce contexte, cette étude vise à approfondir la compréhension fondamentale des liens entre l'hétérogénéité et ses manifestations physiques. À cette fin, des réseaux époxy-amine avec hétérogénéité topologique contrôlée de densité de réticulation ont été obtenus par dispersion de microgels époxy réticulés (MEs) dans une matrice époxy de nature chimique similaire. Les réseaux obtenus vont de réseaux homogènes (sans MEs) à des réseaux hétérogènes présentant des zones (MEs) ayant des densités de réticulation différentes de celles du réseau constituant la phase continue environnante. Une approche multitechnique combinant calorimétrie différentielle à balayage (CDB), analyse mécanique dynamique (AMD) et spectroscopie diélectrique dynamique (SDD) a été mise en œuvre pour explorer en profondeur la mobilité moléculaire de ces matériaux. Les premières investigations ont porté sur les réseaux homogènes afin d'établir une base de référence. Les effets des conditions de stockage ambiantes, notamment de l'humidité absorbée, en conjonction avec la densité de réticulation du réseau, sur les propriétés physiques telles que la mobilité moléculaire et la conductivité ont été étudiés. Des effets significatifs sur les modes de relaxation principaux (alpha) et secondaires ont été observés, soulignant l'importance du contrôle des conditions initiales des échantillons lors des études sur la mobilité moléculaire. L'analyse suivante s'est portée sur les réseaux hétérogènes. Ceux présentant un fort contraste de densité de réticulation ont révélé deux mécanismes distincts liés à la transition vitreuse, c'est-à-dire, deux Tg et deux modes alpha, correspondant aux deux types de réseaux mis en commun (MEs et matrice). L'analyse SDD a révélé une relaxation interfaciale (ou mode MWS), absente dans les réseaux homogènes de référence, et donc associée aux interfaces ME/matrice, ce qui la rend un marqueur de l'hétérogénéité structurelle introduite. Ce mode a fait l'objet d'une étude approfondie, tant expérimentale que théorique, à l'aide de la modélisation basée sur la théorie de Maxwell-Wagner. Un excellent accord a été observé entre les prédictions du modèle et le mode MWS mesuré expérimentalement dans le réseau correspondant le mieux aux hypothèses du modèle, apportant ainsi une preuve expérimentale de la validité de cette théorie fondatrice. Cet accord solide a permis de mieux comprendre les paramètres gouvernant la polarisation MWS, et ouvre la voie à la prédiction des propriétés électriques d'une phase constituante à partir de l'analyse expérimentale du mode, ce qui a été démontré pour l'un des réseaux étudiés. Ces résultats soulignent le potentiel de l'analyse MWS par BDS pour révéler des informations clés sur la structure physico-chimique des matériaux.

Synthèse et étude de composés et polymères aromatiques et hétérocycliques luminescents

Doctorant : N'gandi N'GAZA

Laboratoire INSA : IMP (Ingénierie des Matériaux Polymères)

École doctorale : ED34 : Matériaux de Lyon

Cette thèse porte sur la synthèse, la caractérisation des propriétés physicochimiques et photophysiques des bispyrazolopyridines (BPPs), ainsi que sur leur incorporation dans des polymères de type polyaryléther (PAE) en vue d'applications dans les diodes électroluminescentes organiques (OLEDs). Une réaction de type Hantzsch catalysée par le cuivre a été développée pour produire efficacement divers BPPs portant des groupes donneurs, attracteurs d'électrons ou encombrants. Ces BPPs ont été caractérisés par spectroscopie RMN, diffraction des rayons X (DRX) et analyses thermiques, révélant des structures variées et une grande stabilité thermique. Certains BPPs contenant des groupes phénoliques ont été modifiés en monomères polymérisables (Mol, Mo2) et intégrés dans des polymères PAE via un procédé de polycondensation en deux étapes. Cette méthode a permis d'incorporer une grande quantité de BPPs tout en contrôlant la structure des polymères. Les polymères obtenus (PAEMol, PAEMo2) présentent une masse molaire élevée et une bonne stabilité thermique. Ces copolymères ont été transformés en films minces par coulage de solution et pressage à chaud. Par ailleurs, un polymère de référence (PAEO) a été dopé avec Mol, Mo2 et un BPP haute performance (CarbBPP). L'analyse photophysique des composés et des polymères organiques a donné des résultats prometteurs. De nombreux BPPs émettent une lumière bleu profond ou bleu pur avec des rendements quantiques de photoluminescence ((!)PL) élevés, en solution comme à l'état solide. Les films de copolymères et les films dopés de PAEO présentent (!)PL élevé et une largeur de bande d'émission (FWHM) étroite, les rendant adaptés aux OLEDs. Des études électrochimiques par voltampérométrie cyclique ont permis d'estimer les niveaux d'énergie HOMO et LUMO. Des calculs théoriques DFT et TD-DFT ont confirmé les résultats expérimentaux et suggèrent un mécanisme d'émission hybride local et de transfert de charge (HLCT) pour Mol, Mo2 et CarbBPP.

Plasticité induite par transformation de phase dans les céramiques de zircone cériées à petites échelles

Doctorant : Marcelo DEMETRIO DE MAGALHÂES

Laboratoire INSA : MATEIS - Matériaux Ingénierie et Sciences

École doctorale : ED34 : Matériaux de Lyon

Les céramiques à base de zircone dopée à la cérine (Ce-TZP) présentent des propriétés mécaniques uniques, notamment une transformation martensitique induite par la contrainte de la phase tétragonale vers la phase monoclinique (t-m), qui confère une plasticité induite par transformation (TRIP), une meilleure ténacité et une variabilité des contraintes à la rupture réduite par rapport aux céramiques conventionnelles. De plus, la réversibilité de cette transformation de phase positionnent les Ce-TZP comme des candidats prometteurs pour des applications comme céramiques à mémoire de forme (SMC), analogues à certains alliages métalliques, à condition que la transformation ne provoque pas de dommages microstructuraux significatifs. Ce travail vise à élucider le comportement micromécanique régissant les transformations réversibles t-m dans des micropiliers de Ce-TZP. L'objectif principal était de caractériser comment l'orientation cristallographique, les joints de grains et les défauts microstructuraux influencent l'initiation et la propagation de la transformation martensitique, ainsi que sa réversibilité et les effets de mémoire de forme associés. Pour cela, des micropiliers monocristallins et oligocristallins ont été fabriqués et soumis à des charges mécaniques à l'aide de techniques in situ telles que la microdiffraction Laue et la microscopie électronique à balayage (MEB), incluant la diffraction des électrons rétrodiffusés (EBSD). Des traitements thermiques ont également été appliqués pour étudier la transformation inverse (m-t), permettant l'observation directe de l'effet mémoire de forme et l'évaluation de la déformation résiduelle. Les résultats ont montré que la transformation martensitique dépend fortement de l'orientation, se produisant préférentiellement selon des directions cristallographiques qui maximisent les contraintes de cisaillement. Par ailleurs, les hétérogénéités microstructurales telles que les interfaces et les défauts ont un impact significatif sur l'initiation, la propagation et le comportement mécanique qui en découle. Des cycles mécaniques répétés combinés à des traitements thermiques ont confirmé la réversibilité partielle du changement de forme dû à la transformation, et révélé une diminution progressive de la contrainte critique. Ce comportement a été observé après un cycle initial de transformation t-m suivi d'une transformation inverse m-t. La transformation facilitée pourrait être attribuée aux défauts introduits lors du premier cycle, qui modifient le paysage énergétique. L'absence de récupération complète serait probablement liée à l'activité de dislocations, entraînant une déformation plastique résiduelle après chauffage.

Prédiction de la consommation des chauffe-eau électriques pour la commande prédictive des micro-grids

Doctorant : Ibrahim Ali KACHALLA

Laboratoire INSA : CETHIL - Centre d'Énergétique et de Thermique de Lyon

École doctorale : ED162 : MEGA de Lyon (Mécanique, Énergétique, Génie civil, Acoustique)

Cette thèse examine de manière critique et développe un nouvel algorithme de prédiction de la consommation d'énergie pour les chauffe-eau électriques domestiques habitations, en se concentrant sur les systèmes qui stockent l'énergie pendant les heures creuses et la fournissent pendant les heures pleines. Un modèle de prévision précis peut améliorer de manière significative la gestion des mini-réseaux d'énergie renouvelable et la programmation de la charge en fonction de la demande d'eau chaude, réduisant ainsi les coûts et les émissions globales de carbone liées à la dépendance du réseau national. Les recherches montrent que la consommation d'eau chaude dans les habitations résidentielles représente 12 % de la consommation totale d'énergie dans les bâtiments. L'intégration d'un modèle de prédiction robuste avec un système de contrôle prédictif de modèle (MPC) peut minimiser le gaspillage d'énergie et permettre une programmation à l'avance pour une gestion optimale du réseau. Cette étude passe d'abord en revue les modèles de prédiction les plus récents et effectue une analyse comparative de la régression statistique, de l'apprentissage automatique basé sur la régression et des techniques avancées d'apprentissage automatique afin d'évaluer leurs forces et leurs faiblesses pour les applications de chaudières électriques à eau chaude en utilisant des données provenant de trois bâtiments comme étude de cas. Trois nouveaux modèles hybrides ont été développés sur la base de cette analyse afin d'obtenir un modèle de prédiction plus robuste pour les chauffe-eau électriques. Le meilleur modèle a été sélectionné sur la base des mesures de performance de la précision et de l'efficacité de calcul. En outre, le modèle hybride a été évalué pour prédire la consommation d'eau chaude en utilisant des données exogènes, notamment l'heure de la journée, le jour de la semaine et l'historique de l'utilisation de l'eau chaude, afin d'évaluer leur impact sur la consommation d'énergie. L'étude met en évidence les points forts et les limites des modèles et suggère des domaines de recherche et d'application pour l'avenir.

Commande hiérarchique et redondance d’entrée

[Soutenance publique]

Maître de Conférences : Jean-François TRÉGOUËT

Laboratoire INSA : Ampère

Rapporteurs : DR Jean Jacques LOISEAU, Pr. Andrea SERRANI, DR Luca ZACCARIAN
Jury : 

Civilité	Nom et Prénom	Grade/Qualité	Établissement
M.	Éric BIDEAUX	Professeur des universités	INSA de Lyon
Mme	Antoneta Iuliana BRATCU	Maîtresse de conférences - HDR	Grenoble INP - UGA
M.	Jamal DAAFOUZ	Professeur des universités	ENSEM - Université de Lorraine
M.	Jean Jacques LOISEAU	Directeur de recherche CNRS	LS2N
M.	Bernhard MASCHKE	Professeur des universités	Université Lyon I
M.	Sorin OLARU	Professeur CentraleSupélec	CentraleSupélec
M.	Andrea SERRANI	Professore Ordinario	Università di Bologna, Italie
M.	Luca ZACCARIAN	Directeur de recherche CNRS	LAAS