Influence de la précipitation grossière sur les propriétés d'aciers nano-renforcés

Doctorant : Emilien GUY

Laboratoire : MATEIS - Matériaux Ingénierie et Sciences

École doctorale : n°34 ML - Matériaux

Les aciers ODS (aciers renforcés par dispersion nanométrique d'oxydes), produits par métallurgie des poudres, sont des candidats prometteurs en tant que matériaux de gainage pour les réacteurs à neutrons rapides refroidis au sodium. Ces matériaux renforcés par des oxydes nanométriques Y­ Ti-0, présentent ainsi une stabilité dimensionnelle sous irradiation améliorée tout en gardant une bonne tenue mécanique en température. Leur élaboration par métallurgie des poudres induit toutefois des pollutions en oxygène, azote et carbone. Dans ces matériaux, la précipitation nanométrique est primordiale pour garantir de bonnes propriétés ; toutefois, la précipitation plus grossière, notamment composée de précipités riches en carbone, la teneur en cet élément étant involontairement accrue durant les étapes d'élaboration, peut impacter les propriétés finales. Quatre nuances modèles d'aciers ODS, variant par leur teneur en chrome (9% ou 14% en masse) et carbone (teneur faible ou élevée), ont été fabriquées par métallurgie des poudres et consolidées par Compaction Isostatique à Chaud (CIC). Les caractérisations microstructurales (MEB, EBSD) ont révélé deux types de microstructures dans ces aciers ODS: bimodale (grains submicroniques et microniques) pour trois nuances, et pour la nuance restante homogène du fait de l'existence d'une transformation austénitique lors de la chauffe, ce qui permet une reformation de grains tins homogènes au refroidissement. L'analyse des précipités par DRX et MEB-EDS montre des carbures M23C6 riches en M = Cr, Fe, W présents dans les nuances ODS riches en carbone, notamment en position intergranulaire, tandis que les nuances à faible teneur en C n'en contiennent pas. Des nana-oxydes sont présents dans toutes les nuances d'après les analyses SAXS et SAT, avec un rayon d'environ 1,5 nm et une densité supérieure à 1023 m-'. Les essais mécaniques (traction, fluage, résilience, ténacité) montrent que le carbone influe négativement sur l'allongement à rupture en traction et sur la résilience, mais semble améliorer la résistance au fluage, ce qui est inattendu. L'endommagement a été caractérisé par des analyses microscopiques conventionnelles et par l'apport de techniques corrélatives comme de la traction in situ MEB couplée à de la nana-tomographie. Cette dernière a permis de mettre en évidence la présence de cavités aux abords des précipités de carbone en 3D. Ces carbures forment des réseaux complexes dans la microstructure, qui semblent améliorer les propriétés en fluage.

Commande avancée embarquée et contraintes temps réel

Doctorante : Mme Hiba HOUMSI

Laboratoire INSA : AMPERE

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

Cette thèse porte sur la mise en œuvre pratique de stratégies avancées de commande pour les moteurs synchrones à aimants permanents (PMSM). Elle se concentre sur la génération de trajectoires de références, la synthèse de lois de commande en boucle fermée et le calcul embarqué en temps réel. Le travail est motivé par la volonté de rapprocher la théorie du contrôle de la pratique industrielle, notamment dans les systèmes d'entraînement de moteurs, en intégrant des algorithmes complexes directement dans des microcontrôleurs à faible coût. Dans un premier temps, l'accent est mis sur le contrôle embarqué synthétisé directement dans le microcontrôleur, afin de permettre une commande autonome et adaptative du moteur, sans intervention extérieure. Cela est rendu possible par la conception d'un solveur d'inégalités matricielles linéaires (LMI) léger, exécuté en tâche de faible priorité parallèlement à la boucle de commande rapide. Le solveur peut recalculer ou mettre à jour la loi de commande en cours de fonctionnement, tout en utilisant très peu de ressources de calcul. Cette approche présente un intérêt pour les applications industrielles, car elle permet une adaptation en temps réel aux conditions de fonctionnement changeantes ou aux incertitudes du système, sans nécessiter de recalibrage hors ligne ni d'expertise particulière. De plus, elle rend possible le déploiement de stratégies de commande avancées dans des environnements sensibles aux coûts, où la puissance de calcul est limitée. Les résultats expérimentaux confirment la faisabilité et l'efficacité de ce cadre d'optimisation intégré. Dans un troisième temps, nous abordons le problème de la commande optimale du couple (OTC) par optimisation contrainte pour deux types de machines: les PMSM à aimants de surface (SPMSM) et les PMSM à aimants intérieurs (IPMSM). Pour le SPMSM, l'approche de Karush-Kuhn-Tucker (KKT) fournit une solution analytique pour la génération de références de courants optimaux en alimentation directe. Cette solution garantit le respect des contraintes de tension, courant, couple et vitesse. En s'appuyant sur cette base, nous considérons ensuite le problème plus complexe de l'OTC pour l'IPMSM. En raison de sa structure non convexe incluant une contrainte d'égalité non affine, une solution analytique fermée n'est pas disponible. Pour y remédier, nous reformulons le problème par un changement de variable, conduisant à une formulation convexe avec une seule variable de décision. Nous proposons une approche formelle basée sur la programmation en sommes de carrés (SoS) afin de démontrer la convexité de la formulation OTC pour un moteur donné. Cette étape garantit l'optimalité globale et permet l'utilisation de solveurs embarqués efficaces en temps réel. Enfin, nous implémentons une méthode de points intérieurs pour résoudre en temps réel le problème OTC convexe pour les IPMSM. Tout au long de la thèse, un effort constant est consacré à la validation expérimentale des algorithmes proposés sur des bancs d'essai SPMSM et IPMSM disponibles.

Étude des effets couplés de l'iode et de l'oxygène sur la corrosion sous contrainte induite par l'iode des alliages de zirconium

Doctorant : Amar LACHEKHAB

Laboratoire INSA : MATEIS - Matériaux Ingénierie et Sciences

École doctorale : n°34 ML - Matériaux

Les alliages de zirconium sont largement utilisés comme gaines de crayons combustibles en raison de leurs bonnes propriétés mécaniques, thermiques et de résistance à la corrosion. Ils assurent la première barrière de confinement des produits de fission dans les réacteurs à eau sous pression (REP). Lors des transitoires de puissance, l'expansion thermique des pastilles engendre une contrainte de traction dans la gaine, appelée Interaction Pastille-Gaine (IPG). En présence d'un environnement chimique agressif, notamment enrichi en iode issu de la fission, cette IPG peut conduire à la fissuration par corrosion sous contrainte induite par l'iode (CSC-I) d'une gaine de crayon combustible. De nombreuses études ont montré l'influence déterminante de l'iode et de l'oxygène sur la CSC-1. L'iode, très réactif, forme des iodures métalliques pouvant accélérer ou inhiber la fissuration selon les conditions. L'oxygène, bien que faiblement présent, participe aussi aux mécanismes de surface qui modifient la corrosion du zirconium. Cette thèse étudie les effets couplés de l'iode et de l'oxygène sur la CSC-I du Zircaloy-4 dans un environnement chimique représentatif des transitoires REP. Un dispositif expérimental, appelé "ligne d'iode", a été conçu pour tester des éprouvettes C-Ring sous vapeurs d'iode et d'oxygène, avec un contrôle précis des pressions partielles. Il a été optimisé pour mieux maîtriser l'environnement, permettant notamment d'imposer une pression partielle d'oxygène aussi basse que 3 Pa. L'objectif est de déterminer le seuil critique de Pl, en fonction de PO, conduisant à la rupture, et d'analyser l'influence de leur rapport sur la corrosion et la fissuration. Les résultats révèlent trois zones de comportement distinctes en fonction du rapport des pressions partielles d'iode et d'oxygène : - Un rapport élevé (5-6<Pl,/PO,), les éprouvettes rompent par fissuration par CSC-I, avec formation de canyons micrométriques perpendiculaires à la contrainte. Ces canyons résultent d'une dissolution assistée par la contrainte et/ou la déformation, produisant du Zrl4 gazeux. Les fissures de CSC-I s'amorcent au fond des canyons. La formation des canyons perturbe le comportement viscoplastique de l'éprouvette : sa réponse mécanique suit une succession de « marches d'escalier » qui est caractéristique de la formation des canyons en paroi interne de l'éprouvette, au fur et à mesure de l'essai. - Un rapport intermédiaire (3- 4<Pl,/PQ,!,5-6), les éprouvettes rompent par fissuration par CSC-1. Cette fissuration est accompagnée par l'apparition de piqûres (ou cavités) micrométriques et de nodules micrométriques. Le comportement mécanique de l'éprouvette présente un aspect viscoplastique jusqu'à la rupture par CSC-1. - Un rapport faible (Pl,/P0,<3-4), la quantité d'oxygène est suffisante pour favoriser la formation d'une couche nanométrique de zircone, assurant la passivation de la surface. Aucune fissuration par CSC-I n'est observée. L'iode dissout localement le zirconium en formant du Zrl4 gazeux, à l'origine de cavités micrométriques. Ce Zrl4 réagit ensuite avec l'oxygène excédentaire pour redéposer du Zr02 sous forme de nodules. Le comportement mécanique reste viscoplastique, avec fluage primaire et secondaire. Les observations MEB et interférométriques confirment que la nature et l'ampleur des défauts dépendent directement de la chimie locale. Une analyse thermochimique du système Zr-I-0 et une modélisation mécanique ont permis de proposer un mécanisme en étapes de la CSC-I: 1- une phase d'incubation chimique, suivie par la nucléation, croissance et coalescence de défauts de surface (piqûres, canyons), gouvernée par la valeur du rapport Pl,/PO,. 2- l'amorçage et la propagation intergranulaire de fissures de CSC-1. 3- une transition vers la propagation transgranulaire des fissures de CSC-1. 4- puis la rupture ductile finale. Ce mécanisme souligne le rôle clé de la chimie iode/oxygène dans l'amorçage et la propagation des fissures par CSC-1.
 

Adaptation membranaire chez les Archées hyperthermophiles: Rôle des têtes polaires dans la stabilité des membranes

Doctorante : Margot SARACCO

Laboratoire INSA : MAP - MICROBIOLOGIE, ADAPTATION ET PATHOGENIE

École doctorale : n°341 E2M2 - Evolution Ecosystèmes Microbiologie Modélisation

Parmi les trois domaines du vivant, les Archées se distinguent par la structure singulière de leurs lipides membranaires, constitués de deux chaînes polyisoprénoïdes liées au glycérol par des liaisons éther, contrairement aux chaînes d'acides gras estérifiées des Bactéries et des Eucaryotes. Cette composition unique confère à leurs membranes une stabilité exceptionnelle, leur permettant de survivre dans des environnements extrêmes. Malgré leur rôle central, la diversité et les voies de biosynthèse des lipides polaires archéens demeurent encore largement méconnues. Dans ce contexte, cette thèse explore l'organisation membranaire de Pyrococcus furiosus, une Archée hyperthermophile. Historiquement, sa membrane était décrite comme composée majoritairement de phosphatidylinositol-diéther (PI-DGD). Cependant, grâce à une approche combinant génétique et analyses lipidomiques, il a été démontré que le PI-DGD n'est en réalité qu'un constituant mineur de la membrane de P. furiosus, co-éluant avec deux autres lipides: le phosphatidylglucose (PGlc-DGD) et le phosphatidylmannose. Ces résultats remettent en question les annotations historiques des lipides et soulignent la nécessité de valider expérimentalement ces identifications. Ils révèlent également des erreurs d'annotation de gènes supposés impliqués dans la biosynthèse de PI-DGD. Grâce à cette approche génétique et notamment via la construction de souches mutantes de P. furiosus, une inhibition partielle de la biosynthèse du lipide majoritaire PGlc-DGD a été obtenue. Cela a permis d'identifier cinq tétraéthers portant des têtes polaires héxoses et/ou N-acétylées. Une nouvelle structure lipidique, hexaéther, a également été identifiée, combinant des chaines diéthers et tétraéthers. Le répertoire lipidique de P. furiosus comprend désormais 7 diéthers et 11 tétraéthers. En tenant compte des degrés d'insaturation, du nombre de cycles et de la diversité des têtes polaires, plus de 300 structures lipidiques sont potentiellement synthétisées, décrivant une complexité lipidique proche des Eucaryotes. Afin d'évaluer la pertinence biologique de cette diversité lipidique, des expériences in vivo et in vitro ont été réalisées. Face à une baisse de température ou à une augmentation de la salinité, P. furiosus remodèle les chaînes isoprénoïdes et les têtes polaires de ses lipides membranaires. Des ajustements du nombre de cycles dans les tétraéthers et du taux d'insaturation des diéthers ont été observés. Fait notable, la proportion de diéthers reste constante à 10 %, indépendamment des conditions, un comportement original parmi les Thermococcales. Pour en explorer la fonction, des membranes ont été reconstruites avec des proportions variables de diéthers et tétraéthers. L'analyse par diffraction de neutrons a révélé que les membranes mixtes présentent une stabilité supérieure à celles constituées d'un seul type de lipide, illustrant la complémentarité fonctionnelle entre les chaînes flexibles des diéthers et les structures rigides des tétraéthers. Au-delà de la structure des chaînes isoprénoïdes, les têtes polaires jouent également un rôle crucial dans le comportement membranaire. L'acétylation des hexoses favorise la stabilité membranaire, tandis que des modifications de la composition en hexose modulent les propriétés membranaires, probablement via des variations de leur capacité à former des liaisons hydrogène. Ces observations suggèrent que la nature des têtes polaires est un facteur clé, mais encore sous-estimé, de l'adaptation membranaire chez les Archées. En conclusion, cette thèse met en lumière le rôle central de la diversité lipidique dans l'adaptation et la stabilité des membranes archéennes. Elle souligne l'importance des têtes polaires dans l'organisation et la résilience membranaire, et fournit un cadre solide pour de futures recherches biochimiques, biophysiques et biotechnologiques, notamment dans le développement de membranes bio-inspirées pour la biologie de synthèse.

 

Rôle des peptides « Bacteriocyte-specific Cysteine Rich » (BCR) dans le contrôle de la symbiose

Doctorant : Hugo TERRASSON

Laboratoire INSA : BF2I - BIOLOGIE FONCTIONNELLE, INSECTES ET INTERACTIONS

École doctorale : n°341 E2M2 - Evolution Ecosystèmes Microbiologie Modélisation

Chez de nombreux insectes, la colonisation de milieux présentant des régimes alimentaires pauvres ou déséquilibrés repose sur des associations durables avec des bactéries symbiotiques capables de compléter leurs besoins nutritionnels. Ces symbioses nutritionnelles, particulièrement fréquentes chez les insectes Hémiptères, jouent un rôle central dans l'adaptation et la diversification évolutive de leurs hôtes. Ces symbiotes sont obligatoires et intracellulaires et sont hébergés dans des cellules spécialisées appelées bactériocytes. Chez les pucerons, ce symbiote nutritionnel ayant permis leur adaptation à la sève phloémienne des plantes est Buchnera aphidicola. La densité de cette bactérie est finement régulée en réponse aux besoins changeants de l'insecte. Chez d'autres insectes symbiotiques, plusieurs études ont montré que le système immunitaire, et notamment les peptides antimicrobiens (AMP), peuvent être détournés pour contrôler la densité ou la localisation des symbiotes. Chez les pucerons cette immunité humorale est fortement réduite et les mécanismes impliqués dans la régulation des symbiotes restent mal compris. Récemment, une famille de peptides riches en cystéines, exprimés spécifiquement dans les bactériocytes du puceron du pois Acyrthosiphon pisum, a été identifiée. Ces peptides « Bacteriocyte-specific Cysteine-Rich » (BCR) présentent une structure évoquant celle des défensines, une catégorie d'AMP, suggérant un rôle potentiel dans le contrôle de la symbiose. Cette thèse explore la diversité, la structure et la fonction de ces peptides. Une analyse de similarité de séquence (BLAST), couplée à des reconstructions phylogénétiques, a permis d'identifier 76 homologues des BCR présents uniquement chez les pucerons (Aphididae). Cette analyse a également montré la présence de quatre sous-familles distinctes de BCR, suggérant une possible diversification fonctionnelle. L'analyse structurale de BCR4, réalisée par résonnance magnétique nucléaire après synthèse et repliement du peptide, a révélé que ce peptide appartient à une nouvelle famille structurale de défensines. ln vitro, BCR4 présente une activité bactéricide spécifique contre des bactéries à Gram négatif, phylogénétiquement proches du symbiote B. aphidicola. L'effet de l'ingestion de BCR4 a ensuite été évaluée chez trois lignées d'A. pisum, différant par leur fond génétique et par la présence ou non du symbiote facultatif Regiella insecticola. L'exposition à BCR4 entraîne une mortalité accrue, une réduction de la masse corporelle, un arrêt du développement embryonnaire, ainsi qu'une diminution drastique du nombre de symbiotes par rapport au contrôle. Ces résultats suggèrent une activité entomotoxique de BCR4, associée à une perturbation de la symbiose possiblement par un effet direct sur Buchnera, qui est plus sensible au traitement que R. insecticola. Enfin, grâce à un anticorps spécifique développé au cours de cette thèse, ce peptide a été localisé pour la première fois au niveau protéique dans les bactériocytes du puceron du pois. Des expériences d'immunohistochimie ont permis de déterminer la localisation subcellulaire de BCR4 à différents stades de développement. Le peptide forme un réseau dans tout le cytoplasme, autour des symbiotes, avec une organisation qui évoque celle du réticulum endoplasmique. Des « puncta » de BCR4 sont aussi observés dans le cytoplasme, suggérant un possible transport actif du peptide. Ces observations confirment la traduction effective du peptide et renforcent l'hypothèse d'une interaction directe avec B. aphidicola. En conclusion, cette thèse met en évidence un rôle probable de BCR4 dans la régulation de la symbiose chez le puceron. Elle suggère l'existence, chez les pucerons, d'un système immunitaire alternatif reposant sur des peptides spécialisés, ouvrant de nouvelles perspectives sur l'évolution de l'immunité en lien avec le contrôle symbiotique chez les insectes.

Caractérisation du mélange des eaux en aval de la confluence de deux écoulements à surface libre de densité différente

Doctorant : Etienne DUREUIL

Laboratoire : LMFA - Laboratoire de Mécanique des Fluides et Acoustique

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

Cette thèse porte sur l'étude des confluences d'écoulements à surface libre en présence d'une différence de densité entre les deux affluents, due à la température ou à la turbidité. Cette configuration est présente dans les confluences naturelles de rivières, tout comme à l'aval des rejets thermiques des centrales nucléaires. Prédire la distribution spatiale de température ou de concentration dans le cours d'eau à l'aval de la confluence est crucial pour de nombreuses applications (habitat écologique, usages de l'eau, etc.). Cela nécessite d'identifier et d'évaluer le processus de mélange dominant. En effet, trois processus sont susceptibles de contribuer au mélange transverse: la diffusion turbulente causée par le cisaillement entre les deux écoulements, la diffusion turbulente causée par la rugosité du fond, et la dispersion causée par le développement d'un courant de gravité transverse. Lorsque la diffusion turbulente domine, l'interface de mélange séparant les deux masses d'eau reste verticale et s'épaissit progressivement vers l'aval. Lorsque la dispersion causée par le courant de gravité l'emporte, l'interface de mélange s'incline jusqu'à devenir horizontale, l'affluent le moins dense passant au-dessus de l'affluent le plus dense. Deux nombres adimensionnels, le nombre de Froude
densimétrique FrD et le paramètre y (ou r tenant compte du signe) permettent de prédire le processus de mélange dominant suivant les conditions
d'écoulement (vitesses, profondeurs, densités). La première partie de la thèse consiste en une analyse approfondie des données de la littérature et une classification des différentes configurations disponibles entre un mélange dominé par la diffusion turbulente, par la dispersion ou par les deux simultanément. Les résultats obtenus ne permettent néanmoins pas de tirer de conclusions très claires, ni d'identifier des valeurs seuils pour les deux nombres adimensionnels étudiés. Pour affiner les conclusions, 17 campagnes de terrain sur 4 sites d'étude ont été menées sur le Rhône: deux confluences avec un affluent majeur et deux confluences avec un rejet d'eau chaude de centrale nucléaire. Ces mesures à haute résolution de
vitesse, température et conductivité au sein de sections transverses ont permis de proposer des critères de classification des situations de mélange, et d'affiner les valeurs seuils des nombres adimensionnels: 3-5 pour FrD et 0,4-0,6 pour r. Afin d'explorer une plus grande gamme de conditions hydrauliques, une étude expérimentale en canal à géométrie simplifiée a été menée sur une confluence à angle nul. Pour 83 configurations
d'écoulement, le champ de température de surface est observé grâce à une caméra thermique, tandis qu'un modèle semi-empirique est appliqué pour prédire la position de l'interface entre les deux affluents. Cette approche couplée permet d'identifier le processus de mélange dominant (diffusion turbulente ou dispersion). Les valeurs seuil obtenues pour les deux nombres adimensionnels sur fond lisse sont nettement supérieures à
celles établies à partir des cas de terrain, suggérant une influence de la rugosité de fond dans les processus de mélange. L'utilisation d'un graphique 2D regroupant FrD et r est dorénavant recommandé pour prédire le processus de mélange dominant en confluence en prenant en compte les trois processus de mélange. Cette méthode pourra servir d'aide à la paramétrisation du mélange dans les modèles 1D aux grandes échelles spatiales et
temporelles.
 

Modélisation numérique multi-physique de procédés innovants à différentes échelles et caractérisation de lois matériaux à haute température pour établir une relation entre le procédé, la structure, les propriétés (PSP) de différents matériaux

[HDR - soutenance publique]

Chargé de recherche​ : Yancheng ZHANG

Laboratoire : CEMEF, MINES Paris -PSL

Rapporteurs : CARIN Muriel, PONTHOT Jean-Philippe, FEULVARCH Eric

Civilité	Nom et Prénom	Grade/Qualité	Etablissement
Mme	CARIN Muriel	Professeur des Universités	Université Bretagne Sud - IRDL
M.	PONTHOT Jean-Philippe	Professeur ordinaire	University of Liege
M.	FEULVARCH Eric	Professeur des Universités	Ecole Centrale de Lyon - ENISE
Mme	BARANGER Thouraya	Professeur des Universités	Université Claude Bernard Lyon 1
M.	BELLET Michel	Professeur des Universités	MINES Paris - PSL
M.	GRAVOUIL Anthony	Professeur des Universités	INSA Lyon

Analyse in situ multimodale de la plasticité et de l’endommagement dans un superalliage à base de nickel

Doctorant : Pedro DAMAS RESENDE

Laboratoire INSA : MATEIS - Matériaux Ingénierie et Sciences
École doctorale : n°34 ML - Matériaux

L’alliage 718, un superalliage à base de nickel, est largement utilisé dans des environnements extrêmes tels que les moteurs d’avion et les réacteurs nucléaires en raison de son excellente résistance mécanique et à la corrosion. Cependant, dans les conditions typiques des réacteurs (environ 350◦ C, haute pression, milieu oxydant et irradiation), il peut devenir vulnérable à la fissuration par corrosion sous contrainte (SCC), un mécanisme de dégradation favorisé par l’interaction entre les contraintes mécaniques et le milieu chimique. Un phénomène similaire, l’oxydation intergranulaire assistée par contrainte (OIAC), se manifeste à des températures plus élevées (environ 650◦C) et à faibles vitesses de déformation, en atmosphère d’air. Ces deux mécanismes favorisent la propagation des fissures le long des joints de grains via des processus de dégradation assistés par l’oxydation. Cette étude propose l’utilisation combinée de la tomographie par contraste de diffraction (DCT) et de la tomographie par contraste de phase (PCT) pour étudier la SCC et la OIAC dans l’alliage 718. Des essais de traction in-situ, couplés à la corrélation volumique numérique (DVC), ont permis de suivre l’évolution des champs de déformation internes et la formation de fissures à température ambiante et élevée. Pour améliorer la qualité des reconstructions PCT et permettre la cartographie des déformations à l’échelle du grain, une chaîne de traitement des données a été développée, intégrant l’alignement des projections, une normalisation robuste du champ plat, et la suppression des artéfacts en anneau. Les résultats révèlent une localisation précoce des déformations à proximité des joints de grains, l’activité de bandes de glissement, ainsi que la nucléation et la croissance des fissures, en lien avec les caractéristiques microstructurales. Cette approche intégrée constitue un outil essentiel pour de futures études combinant caractérisation expérimentale et simulations numériques. Ces travaux visent à développer un jumeau numérique du matériau, dans le but ultime d’améliorer les capacités prédictives des modèles décrivant l’évolution des endommagements intergranulaires dans ce complexe alliage d’importance industrielle.

 

Algorithmes quantiques dédiés aux systèmes NOMA

Doctorant : Romain PIRON

Laboratoire INSA : CITI - Centre d'innovation en Télécommunications et Intégration de Services

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

Le nombre croissant d'appareils connectés dans les réseaux sans fil de cinquième génération (SG) nécessite le développement de nouveaux protocoles d'accès afin de gérer efficacement les ressources limitées disponibles, notamment grâce à l'utilisation de schémas d'accès multiple non orthogonaux (NOMA). Dans ce contexte, des solutions algorithmiques pour la récupération de données sont essentielles pour répondre aux exigences strictes en matière de latence tout en assurant le déploiement d'un nombre massif d'appareils. Alors que les solutions conventionnelles impliquent souvent un compromis entre performance et complexité computationnelle, l'émergence de nouveaux paradigmes de calcul - tels que l'informatique quantique - offre la possibilité de dépasser ces limitations. Cette thèse explore l'application de l'informatique quantique au problème de la détection d'activité dans les réseaux sans fil. Nous commençons par formuler une représentation quantique fidèle du problème, conforme à la fois aux axiomes de la mécanique quantique et aux contraintes technologiques du matériel quantique actuel. Nous apportons également des éclairages physiques sur les systèmes quantiques distribués et illustrons, à travers des simulations numériques, les défis liés à la mise en œuvre de protocoles d'intrication évolutifs entre qubits spatialement séparés. Ensuite, nous adoptons la perspective des réseaux sans fil afin d'optimiser les algorithmes implémentés pour le problème de détection d'activité. À cette fin, des simulations numériques d'annealing quantique sont réalisées. Nous proposons une stratégie de planification générique pour le processus d'annealing et menons une étude afin d'identifier les paramètres les plus critiques pour la convergence des algorithmes quantiques.

Matériaux écologiques pour une meilleure efficacité énergétique des bâtiments

Doctorant : Hamidou SANKARA

Laboratoire INSA : LAMCOS - Laboratoire de Mécanique des Contacts et des Structures
École doctorale : ED162 MEGA - Mécanique, Énergétique, Génie Civil, Acoustique

Cette thèse examine en détail les recherches sur les matériaux biosourcés, en se concentrant ensuite sur la caractérisation géotechnique et thermo-physique de l'argile de Baudry, choisie pour ses caractéristiques. Celle-ci est associée à des fibres de sorgho en différents pourcentages massiques (de O à 10 %) et mise en forme en briques, séchées à l'air libre sans cuisson. Des essais géotechniques et thermo-physiques ont été effectués en partenariat avec les laboratoires LNBTP et le LPCE au Burkina Faso. Une analyse des caractéristiques thermiques et de la microstructure de la brique en terre renforcée avec des fibres de sorgho a été réalisée. Au laboratoire LaMCoS en France, les microstructures des échantillons ont été analysées à l'aide d'une tomographie par rayons X assistée par ordinateur. Les images tomographiques ont été utilisées pour calculer la quantité de fibres et la porosité des briques. La conductivité thermique des fibres de sorgho et de la matrice en argile de Baudry a été évaluée à l'aide de mesures expérimentales et de modèles théoriques. Les résultats de modélisation, qui permettent de prédire la conductivité thermique effective des composites contenant des fibres, sont comparés. aux résultats expérimentaux. La conclusion principale est que les fibres réduisent la conductivité thermique effective de deux façons : l'ajout de 10 % de fibres de sorgho dans l'argile permet de réduire sa conductivité thermique de 27 % car les fibres contiennent de l'air et diminuent la conductivité du composite, et dans le même temps, la présence de fibres dans le composite augmente la porosité de la matrice argileuse. Le modèle numérique permettant de prédire la conductivité thermique effective du composite fibreux est basée sur la méthode des éléments finis, il utilise le logiciel ABAQUS. Dans ce modèle, les fibres sont orientées de façon aléatoire dans l'espace. La précision des résultats et l'importance du choix du volume élémentaire représentatif (VER) pour le calcul (cubique ou parallélépipédique) sont mis en évidence. Les résultats issus du modèle numérique sont également comparés à ceux expérimentaux de la littérature pour d'autres types de fibres biosourcées. Les données expérimentales et analytiques obtenues pour les milieux fibreux de juncus maritimus (dans la littérature) et nos matériaux composites fibreux à base de fibre de sorgho sont comparées avec les résultats numériques, affichant des déviations relatives de 7 % pour différentes fractions volumiques de fibres.