« IA pour des services moraux : concilier équité et confidentialité »

Doctorant : Jan AALMOES

Laboratoire : CITI

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

L’intelligence artificielle (IA) est de plus en plus présente dans de nombreux domaines comme la santé, les médias ou les ressources humaines.
Ces technologies induisent des risques pour la confidentialité des données personnelles des utilisateurs et peuvent introduire des biais discriminatoires rendant les décisions automatiques non équitables.
Cette inéquité est étudiée à deux niveaux dans la littérature scientifique.
L'équité individuelle cherche à s'assurer que les IA se comportent de la même manière à toutes choses égales, excepté un attribut sensible comme la couleur de peau.
L'équité de groupe, quant à elle, cherche à comprendre les différences de traitement par les IA entre les minorités.

Ma principale contribution vise à comprendre le lien entre l’équité de groupe et la confidentialité des attributs sensibles des utilisateurs.
Notre approche théorique nous a amené à démontrer que, sous un certain aspect, la confidentialité et l’équité pouvaient travailler de concert pour créer des IA plus fiables.
Nous avons validé ces résultats en suivant une approche expérimentale en étudiant des bases de données et des algorithmes d'apprentissage standards.

Pour ce faire nous commençons par présenter un état de l'art qui permet de mieux comprendre ce qu’est l’IA et quels sont les enjeux et les régulations.
Nous verrons ainsi que l’équité et la confidentialité sont des points capitaux qu’il faut prendre en compte pour un développement moral de l’IA.
Ensuite nous présenterons un nouvel algorithme d’apprentissage automatique que nous utiliserons pour construire une attaque d'inférence d'attributs sensibles.
Enfin, les données synthétiques sont utilisées pour contourner les obligations légales de protection des données personnelles.
Nous explorerons donc l’impact de l’utilisation des données synthétiques pour l'entraînement des IA sur l'inférence d'attributs sensibles.
 

« Application de l'approche Multi-barrières pour la réutilisation des eaux usées traitées : Construction d'un outil de simulation participative pour accompagner l'évaluation et la gestion des risques associés aux microorganismes pathogènes »

Doctorante : Alice-Rose THOMAS

Laboratoire : INRAE

École doctorale : ED206 : Chimie de Lyon (Chimie, Procédés, Environnement)

Les risques sanitaires associés aux microorganismes pathogènes doivent être gérer afin d’assurer la protection de la santé publique lors de la réutilisation des eaux usées en particulier pour l’irrigation agricole. Des procédés de traitement avancés peuvent être mis en place pour atteindre les objectifs réglementaires de qualité. Cela nécessite des compétences techniques et génère des coûts économiques généralement importants. La mise en place de mesures « barrières » post- traitement est également envisagée par la réglementation pour assurer une gestion suffisante des risques même si la qualité requise n’est pas atteinte. Cette approche, encouragée par l’OMS, invite à considérer la contribution non-négligeable des équipements utilisés et des pratiques mises en place au-delà du traitement. Cela implique néanmoins une gestion plus systémique et donc multi- acteurs. Les choix de gestion auront donc des impacts sanitaires, économiques et organisationnels qui nécessitent une mise en discussion avec l’ensemble des acteurs concernés. Quelle que soit l’approche choisie, elle doit répondre à une évaluation des risques nécessitant un vaste ensemble de connaissances. Un état de l’art a tout d’abord permis de constituer une base de données comprenant un modèle d’évaluation quantitative des risques (QMRA) et des informations sur les mesures de gestion envisageables et les impacts associés. Ces éléments ont été rassemblés dans un outil de simulation participative qui permet de créer, tester et simuler collectivement des scénarios de gestion des risques. Il a été co-construit avec des acteurs du cas de Clermont- Ferrand. Cet outil a été utilisé sur trois cas concrets qui ont confirmé que la perception des risques et de leur gestion était hétérogène et qu’une mise en discussion collective était nécessaire pour partager les représentations individuelles et encourager la compréhension mutuelle. La mise en discussion des conséquences associées aux différents choix est également essentielle pour construire un choix final qui soit partagé par l’ensemble.

« Etude de la vulnérabilité sismique de structures de génie civil : dévelopement d'essais pseudo-dynamiques sous-structurés pour lacaractérisation de la perte de portance appliquée aux ouvrages poteaux-poutres »

Doctorant : Jean-Baptiste CHARRIE

Laboratoire INSA : GEOMAS

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

La perte de portance suscite un intérêt croissant en raison du contexte socio-économique : mieux comprendre ce phénomène est nécessaire pour réduire les risques associés. De nombreux essais sont donc réalisés dans le domaine académique. Expérimentalement, les études sont rapidement limitées à cause des coûts et de la complexité de mise en place : une grande partie des essais sont réalisés de manières quasi-statique et sur des sous-assemblages. Le comportement dynamique de structure complète est généralement modélisé numériquement. Cependant, le niveau de confiance dans les modèles est très dépendant des lois de comportements et des paramètres utilisés. De plus, l’importance de la prise en compte du comportement dynamique globale des structures est soulignée aussi bien par l’état de l’art de la recherche que part les recommandations de calcul en vigueur. La méthode des essais pseudo-dynamiques sous-structurés (utilisée dans le génie parasismique) est donc ici adaptée à l’étude de la perte de portance. En se basant sur la méthode des éléments finis, la contribution des effets d’inertie et les efforts visqueux sont calculés ; seule la réponse statique équivalente de la structure est testée expérimentalement. La sous-structuration permet d’associer la partie expérimentale de la structure à un ensemble numérique plus large. L’expérience se concentre ainsi sur la partie critique de la structure, et le comportement dynamique global est tout de même reproduit. La méthode adaptée est appliquée à un portique 2D en béton armé. Les poutres de l’étage inférieur sont testées, et le reste est modélisé avec des éléments finis poutres multifibres non-linéaires. Un couplage de schéma explicite-implicite permet de garantir la convergence de l’ensemble numérique, sans compromettre la mesure expérimentale. Des mécanismes non-linéaires sont observés dans la structure physique. Les résultats d’essais sont présentés et discutés, car la méthode permet d’obtenir des informations supplémentaires sur la réponse de la structure par rapport à un essai quasi-statique.

« Commande d'un moteur hydraulique digital à pistons radiaux »

Doctorant : Justin DARNET

Laboratoire INSA : Ampère

École doctorale : ED160 : EEA (Electronique, Electrotechnique, Automatique)

Les transmissions hydrauliques sont aujourd’hui très répandues dans les domaines de l’industrie, du transport et de la mobilité des engins de forte puissance. Au cours des dernières décennies l’hydraulique dite digitale a fait l’objet de nombreux travaux de recherche, se présentant comme une solution permettant de réduire la consommation énergétique des transmissions et d’améliorer leur pilotabilité à moindres coûts. Des nouvelles architectures de moteurs hydrauliques comprenant des électrovannes digitales ont ainsi pu voir le jour. Nous nous sommes intéressés à la commande des moteurs hydrauliques digitaux à pistons radiaux en vue d’améliorer, à terme, le rendement et la motricité des machines qui en seront équipé.
Après avoir étudié les architectures et les lois de commandes disponibles dans la littérature pour ce type de composant, nous avons pu construire différents modèles du moteur hydraulique digital considéré. Une première loi de commande innovante a été synthétisée en vue de contrôler le couple d’un moteur élémentaire, en considérant la compressibilité de l’huile. Des contraintes de commande ont pu être proposées et intégrées au contrôle afin de faciliter l’intégration du composant dans une transmission hydraulique. Pour clore cette étude, une discussion des verrous technologiques restant à lever a été menée.
Par la suite, nous avons étudié deux autres lois de commande déjà connues de la littérature et notamment utilisées pour contrôler des machines électriques et des moteurs/pompes hydrauliques digitaux. Une commande directe du couple a alors été analysée en détails, puis mise en œuvre pour contrôler le couple ou la vitesse du moteur digital. Enfin, nous avons synthétisé une commande prédictive afin de contrôler la vitesse du moteur de manière efficace, avant d’étudier en détails l’influence des différents paramètres de commande sur le comportement du moteur.
 

« Development of 5xxx Aluminium Alloys for Additive Friction Stir Deposition »

Doctorante : Maureen PUYBRAS

Laboratoire INSA : MATEIS

École doctorale :  ED34 : Matériaux de Lyon

Additive Friction Stir Deposition (AFSD) is gaining significant attention for its ability to fabricate large-scale aluminum components without requiring melting, making it an attractive technique for reducing energy consumption. Given the challenges associated with post-heat treatment of large components, this work seeks to minimize the need for such thermal treatments. In this context, Al- Mg alloys—specifically the 5XXX series, which are predominantly strengthened by magnesium in solid solution—were studied. These alloys, widely used in marine applications such as boat hulls, are prone to the formation of Al₃Mg₂ precipitates at grain boundaries. This precipitation process leads to "sensitization," making the alloy susceptible to intergranular corrosion and stress corrosion cracking in corrosive environments.
To counter-strike this issue, the study investigated the incorporation of (Sc, Zr) as Al₃(Sc,Zr) core- shell dispersoids. These dispersoids serve as heterogeneous nucleation sites for Mg, potentially influencing both magnesium precipitation and the AFSD process. Using isothermal artificial aging treatments, combined with thermoelectric power measurements, it was demonstrated that Al₃(Sc,Zr) dispersoids accelerate the precipitation of magnesium.
This thesis further explores the effects of AFSD on (i) alloy microstructure, (ii) Mg precipitation, and (iii) the stability of Al₃(Sc,Zr) dispersoids under various process parameters, with a particular focus on the rotational rate. Microstructural changes were analyzed through Electron Backscatter Diffraction (EBSD), revealing significant grain refinement due to the presence of dispersoids. Additionally, Transmission Electron Microscopy (TEM) and Atom Probe Tomography (APT) were used to assess the dispersoid structure and behavior before and after the AFSD process, shedding light on the impact of AFSD on second-phase particles. Finally, the study evaluated the sensitization resistance of these alloys, providing insights into their performance in corrosive environments.

« Compilation of Real-Time Audio DSP on FPGA »

Doctorant : Maxime POPOFF

Laboratoire INSA : CITI
École doctorale : ED512 : Infomaths

La mise en œuvre du traitement du signal numérique (DSP) audio en temps réel sur FPGA a été largement étudiée dans le passé. Jusqu’à présent, les designs hardwares audio étaient conçues soit "à la main" en VHDL, soit en assemblant des IPs prédéfinies dans des environnements dédiés. L’avènement de la synthèse de haut niveau (HLS) permet un véritable flux de compilation depuis les spécifications DSP audio de haut niveau jusqu’aux flux binaires FPGA. Cette thèse présente les principes et l’implémentation du premier “compilateur DSP audio” ciblant les FPGA.
Notre système compile les programmes DSP audio exprimés dans le langage Faust ou C++ jusqu’au matériel FPGA et jusqu’à la production sonore réelle. De nombreux paramètres tels que le nombre de canaux de sortie, le taux d’échantillonnage, etc. sont ajustés automatiquement par le compilateur. Des interfaces logicielles peuvent être générées pour contrôler le système en temps réel. Ce flot de compilation présente deux avancées technologiques importantes pour les programmeurs audio : l’implémentation de programmes DSP audio en temps réel à très faible latence (quelques microsecondes) et la possibilité de déployer facilement des systèmes avec un grand nombre de canaux audio.

 

Privacy issues in AI and geolocation : from data protection to user awareness

Maître de Conférences : Antoine Boutet

Laboratoire INSA :  CITI

Rapporteurs : Catuscia Palamidessi, Aurélien Bellet et Romain Rouvoy

Jury :

Civilité	Nom et Prénom	Grade/Qualité	Etablissement
M.	Taiani François	Professeur des Universités	Université de Rennes 1
Mme	Palamidessi Catuscia	Directrice de Recherche	Inria
M.	Rouvoy Romain	Professeur des Universités	Université de Lille
M.	Bellet Aurélien	Directeur de Recherche	Inria
Mme	Ben Mokhtar Sonia	Directrice de Recherche	CNRS, Insa-Lyon
Mme	Kermarrec Anne-Marie	Professeure des Universités	EPFL
M.	Monnet Sébastien	Professeur des Universités	Université Savoie Mont-Blanc
M.	Caron Eddy	Professeur des Universités	Université Lyon 1

Supporting meaningful and adapted experience to foster motivation and sustained engagement.

Maître de conférences : Audrey SERNA

Laboratoire INSA : LIRIS

Rapporteurs : Wendy Mackay, Jean-Claude Martin, Vero Vanden Abeele
Jury : 

Civilité	Nom et Prénom	Grade/Qualité	Etablissement
Mme	Dupuy Chessa Sophie	Professeur des Universités	Université Grenoble Alpes
M	Garcia Christophe	Professeur des Universités	INSA Lyon
M	Hacid Mohand-Saïd	Professeur des Universités	Université Claude Bernard Lyon 1
Mme	Lavoué Elise	Professeur des Universités	Université Jean Moulin Lyon 3
Mme	Mackay Wendy	Directrice de Recherche	INRIA Saclay
M	Martin Jean-Claude	Professeur des Universités	Université Paris Saclay
Mme	Vanden Abeele Vero	Associate Professor	KU Leuven

« Systèmes de Jumeau Numérique pour les systèmes de production : application sur le manufacturing lab »

Doctorante : Xeniya PYSTINA 

Laboratoire INSA : DISP

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

Traditional production systems face major challenges in transitioning to Industry 4.0 (I4.0). These systems must quickly adapt to fluctuations in demand, supply chain disruptions, and equipment failures. Digitalizing company assets is crucial for seamless communication and data integration across value chains. This transformation requires reorganizing machines and equipment using technologies such as the Internet of Things (IoT), data analytics, and artificial intelligence. Modern production systems, incorporating I4.0 concepts, rely on advanced architectures like RAMI4.0 for designing and implementing Digital Twins (DT).
For these systems to operate effectively in smart production environments, they must meet interoperability, communication, and standardization requirements. However, consistent application of standards, such as ISO 23247, remains a significant challenge. Managing intelligent production systems involves addressing complex structural, operational, and organizational issues. A methodical, integrated approach is essential to align strategic objectives with field operations.
This research aims to develop a structured approach for designing, developing, and implementing DT systems aligned with companies' strategic visions and commercial goals in manufacturing industries. The approach ensures traceability of design attributes, data interoperability, real-time synchronization, and model accuracy, adapting standard DT definitions to meet specific business needs.
The framework is divided into two main parts: (1) Developing a DT system on a smart platform to test various scenarios, such as production order management and rescheduling, considering the production line hierarchy; and (2) Validating the conceptual framework by designing a DT system prototype. This approach provides recommendations on how to develop and use DTs to enhance production system performance and strategic objectives, addressing the challenges of modern production systems.

« Contribution au développement de simulateur haptique pour l’apprentissage du geste chirurgical de l’insertion d’aiguille »

Doctorant : Benjamin DELBOS 

Laboratoire INSA : AMPERE

École doctorale : ED160 : EEA (Electronique, Electrotechnique, Automatique)

Au cours de cette doctorat, l'étude se concentre sur la simulation pour l'apprentissage du geste chirurgical d'insertion d'aiguille. Ce manuscrit explore plusieurs thématiques liées à la conception de simulateurs haptiques utilisant un retour de force via une interface haptique. Deux échelles de travail sont à distinguer.
La première concerne la reproduction haptique de l'interaction outil-tissu, visant à simuler les forces ressenties par le chirurgien lors de la pratique clinique. Bien que cette thématique ne soit pas spécifique à un geste particulier, elle s'applique à l'insertion d'aiguille, présente dans de nombreuses procédures chirurgicales. La problématique principale réside dans la modélisation et l’implémentation des forces d'insertion en simulation haptique, afin de reproduire fidèlement ces forces à travers une interface haptique. Parallèlement, une interface à retour de force a été conçue pour la simulation de l'insertion d'aiguille, optimisant ses performances tout en réduisant le coût des simulateurs, directement lié au coût de l'interface.
La seconde thématique concerne la reproduction de l'interaction chirurgien-patient, spécifique au geste de ponction ventriculaire, un acte courant en neurochirurgie. L'objectif est de fournir une représentation réaliste du geste pour améliorer l'apprentissage via la simulation haptique. Le simulateur développé associe un retour haptique, un retour visuel et un mannequin anatomique. Cette approche multimodale, absente de la littérature, vise à équilibrer la simulation haptique et physique, tout en garantissant la cohérence des retours sensoriels. Enfin, une méthodologie a été établie pour diversifier les cas d'études en simulation patient-spécifique, malgré les contraintes imposées par la présence du mannequin physique, en explorant des méthodes de génération de simulations adaptées.