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.
 

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.

Techniques d'augmentation de données pour l'apprentissage profond sur les graphes

Doctorant : Abderaouf GACEM

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

École doctorale : n°512 lnfoMaths - Informatique et Mathématiques de Lyon

Les données structurées sous forme de graphes sont omniprésentes dans de nombreux domaines d'application, allant des réseaux sociaux et de la biologie aux systèmes de recommandation et aux graphes de connaissances. La capacité d'appliquer des algorithmes d'apprentissage profond sur les graphes (appelée aussi apprentissage de représentations de graphes ou GRL, pour Graph Representation Learning) est cruciale pour exploiter efficacement l'information encapsulée dans ces structures. Toutefois, cet apprentissage se heurte à des défis majeurs, en particulier en matière de passage à l'échelle et de généralisation. Une piste prometteuse pour répondre à ces problématiques est l'augmentation de données, une stratégie classique en apprentissage automatique, mais encore sous-exploitée dans le contexte des graphes. Ce travail propose une étude rigoureuse et approfondie de l'augmentation de données sur les graphes, en tant que fil conducteur pour concevoir des algorithmes GRL à la fois performants et scalables. Nous analysons comment l'augmentation peut être injectée à différents niveaux du pipeline GRL : depuis les marches aléatoires sur le graphe en entrée, à l'entraînement par mini-batch, jusqu'à l'augmentation dans l'espace latent. Notre démarche s'articule autour de trois contributions principales : 1 - Biaisage structurel des marches aléatoires : Nous revisitons les méthodes basées sur les marches aléatoires, qui constituent un socle fondamental pour l'apprentissage d'embeddings de nœuds. Nous introduisons une stratégie de biaisage innovante exploitant la distance de résistance, une métrique reflétant la structure globale du graphe, pour guider la génération des marches. Le résultat est un meilleur équilibre entre exploration locale et globale, permettant d'obtenir des marches plus informatives tout en conservant la simplicité et l'efficacité des méthodes de premier ordre. 2 - Échantillonnage de mini-batch pour les GNNs : Nous nous intéressons ensuite aux réseaux de neurones pour graphes (ou Graph Neural Networks, GNNs), où l'apprentissage par mini-batch est une méthode essentielle pour assurer la scalabilité. Suite au succès de l'augmentation structurelle dans les marches aléatoires, nous posons la question suivante : peut-on repenser la génération des mini­ batches sous l'angle de l'augmentation ? Pour cela, nous proposons FireForest, une méthode d'échantillonnage qui produit des mini-batches respectant les propriétés structurelles globales tout en introduisant des variations topologiques. FireForest permet un entraînement efficace des GNNs sans compromettre la qualité des représentations apprises. 3 - Augmentation dans l'espace latent: Enfin, nous nous attaquons aux limites de l'augmentation appliquée directement dans l'espace du graphe d'entrée, souvent trop vaste et complexe à explorer. Inspirés par la capacité humaine à imaginer des variantes plausibles d'une structure perçue, nous concevons un cadre d'augmentation de bout en bout, entièrement apprenable, opérant dans l'espace latent des GNNs. Cette approche permet au modèle de simuler en interne des augmentations de graphes, lui donnant ainsi la capacité d'extrapoler des variantes pertinentes qui favorisent la généralisation. Elle introduit une forme puissante et abstraite d'augmentation. Ces contributions démontrent que l'augmentation de données constitue un levier polyvalent pour améliorer l'apprentissage de représentations de graphes. En intégrant des stratégies d'augmentation à divers niveaux de la chaîne GRL, nous proposons un cadre méthodologique qui renforce à la fois la scalabilité et la capacité de généralisation des modèles d'apprentissage profond sur les graphes.

De la détection de défauts de surface à l’évaluation automatique de la qualité des pneumatiques : une approche d’inspection par apprentissage profond de bout en bout

Doctorant : Thomas MIGNOT

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

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

L’inspection visuelle des défauts d'aspect dans l’industrie pneumatique est un processus historiquement manuel et complexe à automatiser. Cette thèse propose plusieurs contributions méthodologiques basées sur l'apprentissage profond visant à améliorer la détection et la classification des défauts selon leur type et leur niveau de sévérité. D'abord, nous introduisons une approche en deux étapes combinant un réseau de segmentation d'instances de type Mask R-CNN pour segmenter les défauts et une classification indépendante exploitant à la fois les caractéristiques visuelles et géométriques des instances détectées. Cette méthode permet notamment de traiter toutes les zones du pneumatique de manière efficace grâce à une stratégie de spécialisation par zone. Cependant, cette première approche en deux étapes présente certaines limites, notamment en termes de complexité de mise en œuvre dans un contexte industriel. Le deuxième chapitre se concentre donc sur la simplification de cette méthode en fusionnant la prédiction du type de défaut et de son niveau de sévérité en une seule étape, directement intégrée dans le réseau Mask R-CNN. Nous proposons ainsi une adaptation architecturale nommée DML Mask R-CNN (Dependent Multi-Label), conçue pour traiter la problématique de l’annotation multi-étiquette dans le cadre de la détection d’objets et de la segmentation d’instances. Cette nouvelle version permet l’attribution simultanée de plusieurs étiquettes à chaque instance détectée, telles que le type de défaut et son niveau de sévérité. Nous intégrons également un module dédié à l’extraction de propriétés géométriques, dont les sorties alimentent une branche de classification de sévérité, afin de guider cette prédiction à l’aide d’informations non visuelles issues de connaissances a priori du domaine. Après cette étude approfondie des approches de détection et segmentation d’instances, nous explorons également la segmentation sémantique pour évaluer ses performances en comparaison avec les méthodes précédentes. L’approche proposée repose sur une première étape de segmentation sémantique visant à identifier les types de défauts, suivie d’une classification au niveau de l’image basée sur le niveau de sévérité maximal. Cette deuxième étape se base sur la réinjection des sorties du premier réseau dans un modèle de classification d’images. Ce chapitre aborde également la question de l’ambiguïté des annotations, problématique répandue dans le contexte de l’annotation de défauts de surface sur pneumatiques. Pour la traiter, nous avons opté pour une modélisation stochastique des prédictions, qui capture les dépendances entre les différentes classes de défauts au niveau du pixel à l’aide d’une distribution normale multivariée. Enfin, nous présentons une approche basée sur l’apprentissage multi-instance (Multiple Instance Learning), qui permet de passer de prédictions localisées au niveau des défauts à une décision globale concernant l’état final du pneumatique, à savoir s’il doit être réparé ou peut être expédié au client. Cette modélisation permet d’agréger automatiquement les informations issues des différentes instances et zones d’un même pneumatique, sans annotations précises, mais uniquement à partir des verdicts globaux fournis par les opérateurs. Cette approche a l’avantage d’éviter la définition manuelle de règles empiriques complexes par des experts du domaine pour filtrer les détections selon les exigences qualité. Testée dans plusieurs usines en conditions réelles, cette méthode a démontré une réduction notable des faux positifs par rapport aux règles existantes. Elle est actuellement en cours d’industrialisation en vue d’un déploiement à grande échelle sur les différents sites de production. L’ensemble de ces contributions a été validé sur des jeux de données industriels réels et montre une amélioration significative en termes de performance par rapport aux méthodes existantes.

Accélération Matérielle d'Arithmétique pour !'Apprentissage Artificiel et le Calcul Scientifique

Doctorante : Orégane DESRENTES

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

École doctorale : ED n°512 lnfoMaths - Informatique et Mathématiques de Lyon

Dans un monde axé sur les données, l'apprentissage artificiel et le calcul scientifique sont devenus de plus en plus importants, justifiant l'utilisation d'accélérateurs matériels dédiés. Cette thèse explore la conception et l'implémentation d'unités arithmétiques pour de tels accélérateurs dans le Massively Parallel Processor Array de Kalray. L'apprentissage artificiel nécessite des multiplications de matrices qui opèrent sur des formats de nombres très petits. Dans ce contexte, cette thèse étudie l'implémentation du produit-scalaire-et-addition en précision mixte pour différents formats de 8 et 16 bits (FP8, INT8, Posit8, FP16, BF16), en utilisant des variantes d'une technique classique de l'état-de-l'art, l'accumulateur long. Elle introduit également des techniques permettant de combiner différents formats d'entrée. Des méthodes radicalement différentes sont étudiées pour passer à l'échelle vers la grande dynamique des formats 32 et 64 bits utilisés en calcul scientifique. Cette thèse étudie également l'évaluation de certaines fonctions élémentaires. Un opérateur pour la fonction exponentielle (cruciale pour le calcul de la fonction softmax) étend une architecture de l'état-de-l'art pour accepter des formats d'entrée multiples. La fonction racine carrée inverse (utilisée pour la normalisation des couches) est accélérée en combinant des techniques d'état-de-l'art pour la réduction de la dynamique, des tables multipartites correctement arrondies et des techniques logicielles de raffinement itératif.

Étude expérimentale et compréhension des mécanismes d'usure douce d'élastomères renforcés modèles

Doctorante: Cloé CHANAL

Laboratoire INSA : IMP (Ingénierie des Matériaux Polymères)
École doctorale : ED34 : Matériaux de Lyon

La thèse s'inscrit dans le contexte du projet ANR WEEL (mechanisms of abrasion WEar of ELastomers) qui vise à enrichir la compréhension fondamentale des mécanismes d'usure par abrasion des élastomères renforcés. L'objectif est d'identifier des mécanismes physiques et/ou physico­ chimiques en vue d'une amélioration future de la prédiction de la durabilité de ces matériaux. L'application cible est celle des bandes de roulement des pneumatiques, dont les débris d'usure sont retrouvés en quantité non négligeable dans l'environnement. L'usure des élastomères renforcés a été largement étudiée dans le passé. Toutefois, des approches principalement phénoménologiques ont été privilégiées. De plus, aucun consensus n'a encore été établi concernant la transposabilité des essais d'usure en laboratoire ou l'élaboration d'une loi universelle. Dans cette partie du projet WEEL, essentiellement expérimentale, différentes formulations représentatives des bandes de roulement de pneumatiques de véhicules légers ont été testées. Les matériaux sont composés d'une matrice SBR/BR, renforcés par des nanoparticules ou agrégats (appelés charges) de silice ou de noir de carbone. Ils sont réticulés au soufre et contiennent divers additifs. Plusieurs paramètres ont été analysés, tels que la nature de la matrice (grade de SBR et présence ou non d'huile), les charges (type de charge, surface spécifique et taux de charge), ou encore le taux de soufre. Les matériaux ont été mis en oeuvre, puis caractérisés à l'aide de différentes techniques optiques, physiques et mécaniques. Les tests d'usure ont été réalisés à l'aide du tribomètre LORRY, développé lors d'un précédent projet européen. Les conditions cinématiques appliquées au niveau du contact sont contrôlées avec précision, permettant la simulation des phases de glissement dynamique locales d'un pneu réel dans des conditions d'usure douce (ligne droite, vitesse constante). Une grande longueur glissée est alors accumulée en peu de temps et le taux d'usure, défini comme la perte de masse par énergie de frottement accumulée, est utilisé pour quantifier et comparer l'usure des matériaux. Des analyses post-usure ont été effectuées afin de mieux comprendre les mécanismes impliqués pour les différentes formulations et conditions d'essai. Les faciès d'usure sont caractérisés à différentes échelles d'un point de vue topographique et chimique. La comparaison des matériaux, de leur taux d'usure et leurs modes d'usure a permis de clarifier les phénomènes en jeu et d'identifier les propriétés ayant un impact direct sur l'usure. Il a, par exemple, été montré que l'usure est fortement influencée par les propriétés mécaniques à faible niveau de déformation (notamment le module élastique). Il s'ensuit que le paramètre matériau dont l'impact est prédominant est la fraction de charge. Il semble qu'un seuil de renfort existe en deçà duquel une accélération importante de l'usure est observée. À iso-propriétés mécaniques à faible déformation, l'usure semble principalement gouvernée par les propriétés mécaniques à grande déformation, telle que l'énergie à la rupture. Une relation empirique a ainsi été proposée afin d'estimer l'usure d'un matériau en fonction de son module à faible déformation et de son énergie à la rupture. L'analyse chimique par XPS (spectroscopie photoélectronique à rayons X) des surfaces usées et des débris d'usure a permis de mettre en évidence, directement, le phénomène d'oxydation du soufre en lien avec l'usure. L'hypothèse formulée est celle de la rupture des ponts de soufre, générant des radicaux libres en surface, lesquels réagissent ensuite avec l'oxygène présent dans l'air.