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Auteur
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Électronique
/ 06-11-2020
Denis Antoine
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Ce manuscrit décrit la conception de capteurs de gaz communicants utilisant une couche sensible élaborée à partir d’un dépôt d’ions d’halogénures de molybdène ([Mo6X14] 2- avec X = Cl, Br ou I) dont la réactivité chimique vis-à-vis de molécules oxygénées, a fait l’objet d’une étude préliminaire en spectrométrie de masse analytique. La fonctionnalisation de surface du capteur est d’abord réalisée grâce à l’utilisation d’une source electrospray (ESI) dont la nébulisation en gouttelettes chargées est dirigée à pression atmosphérique, vers un support positionné sous le spray. La variation des caractéristiques diélectriques du matériau de surface a pu être associée à une interaction spécifique de la couche sensible avec un composé gazeux. La transduction du signal électromagnétique dans le domaine millimétrique a été développée au travers de l’analyse des paramètres de répartition Sij du dispositif et/ou de son diagramme de rayonnement. Des premiers tests de sensibilité et de sélectivité à la détection ont été réalisés à partir de de molécules gazeuses comme le méthanol et l’acétonitrile. Dans le but d’améliorer les performances des capteurs communicants, une méthode de dépôt d’ions de haute pureté a été initiée au travers de l’utilisation de la technique d’ion soft landing. Dans ce contexte, les modifications instrumentales qui ont été nécessaires au dépôt d’ions sélectionnés sous vide et selon leur rapport m/z, ont été précédées d’études de modélisation de leur comportement et de leur trajectoire dans le spectromètre de masse.
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Signal, Image, Vision
/ 03-11-2020
Péralta Maxime
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La Stimulation Cérébrale Profonde (SCP) est une thérapie efficace pour traiter les maladies des mouvements anormaux, telle que la Maladie de Parkinson (MP). Le succès de la SCP dépend de nombreuses variables issues d’un grand nombre de modalités de données. Divers problèmes sont rencontrés tout au long de la prise en charge du patient, de sa sélection à la procédure elle-même et au suivi post-opératoire, dénotant un besoin urgent de développer des outils d’assistance informatique. Dans cette thèse, nous proposons deux systèmes, basés sur l’apprentissage machine, afin de résoudre deux problèmes cliniques concrets. Premièrement, nous proposons un outil capable d’aider les cliniciens dans le choix de sélection des patients et des cibles de stimulation. Notre méthode est capable de prédire les résultats cliniques (moteurs, neuropsychologiques, cognitifs, etc.) de la SCP à partir de biomarqueurs multimodaux préopératoires. Deuxièmement, nous proposons un outil permettant d’accélérer grandement la chirurgie en assistant la localisation du noyau cible via un traitement en temps réel du signal électrophysiologique provenant du cerveau du patient, à partir d’enregistrements par micro-électrodes d’une seconde seulement.
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Énergétique, thermique et combustion
/ 15-10-2020
Hamze Samah
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Dans notre vie quotidienne, le transfert de la chaleur et de l’énergie constitue la base de nombreux processus industriels. L’épuisement progressif des énergies fossiles conduit à améliorer et optimiser les rendements de ces échanges par de nouveaux procédés. Pour cela, une idée d’améliorer la performance thermique des fluides dans les échangeurs de chaleur a été proposée pour réduire l’énergie consommée pour l’échange de chaleur. Cette idée est basée sur l’introduction des nanoparticules solides qui présentent des propriétés thermiques beaucoup plus importantes que les liquides caloporteurs dans ces derniers, en obtenant un nanofluide. Cette introduction a pour effet d’augmenter la conductivité thermique du fluide mais d’autre part provoque une augmentation défavorable de sa viscosité qui résulte en une augmentation de la puissance de pompage. Alors il faut faire un compromis entre la stabilité, la conductivité thermique et la viscosité des nanofluides. Dans cette étude, des nanofluides à base de graphène à quelques couches et un fluide commercial, Tyfocor® LS, ont été préparés dans la gamme de concentration massique 0,05-0,5% en utilisant trois surfactants différents. Une étude complète sur ces nanofluides est présentée, y compris la synthèse des feuillets de graphène, la préparation des nanofluides et l’étude de leur stabilité, ainsi que l’évaluation expérimentale de leurs propriétés thermophysiques en fonction de la concentration en graphène, du type de surfactant utilisé et de la température dans la gamme 283,15-323,15 K. Finalement, sur la base de ces résultats et par une approche qualitative, le potentiel applicatif des nanofluides dans des systèmes énergétiques est déterminé pour sélectionner le meilleur candidat. Les résultats ont montré une bonne amélioration de la performance thermique par rapport aux fluides de base dans la gamme de température testée et surtout le nanofluide de la série du surfactant Pluronic® P-123 de concentration massique 0,25%.
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Électronique
/ 07-10-2020
Fofana Seydouba
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Cette thèse présente la conception, réalisation et mesure d’un réseau d’antennes reconfigurable dans la bande 3,4-3,8 GHz. Le réseau actif est composé de 16 dipôles à double polarisation qui peuvent rayonner un faisceau pouvant dépointer dans un plan sur un secteur angulaire de ±45°. Grâce à l’utilisation d’un générateur de signaux arbitraires, deux faisceaux pointant dans deux directions peuvent être rayonnés simultanément à deux fréquences différentes et reconfigurés à souhait. Ce réseau peut être vu comme un candidat pour de futurs systèmes de communication terrestre. Deux opérateurs mobiles pourraient alors partager le même réseau d’antennes. Les étapes de la conception du réseau sont détaillées progressivement, de l’élément unitaire, vers le réseau passif, puis reconfigurable par paquets, pour finir par le réseau complètement reconfigurable. La conception du réseau a eu pour ligne directrice la réduction de consommation d’énergie. Ainsi, des outils de synthèse ont été développés pour exploiter au mieux les caractéristiques de consommation des amplificateurs utilisés. De nombreux résultats de mesure valident les performances en rayonnement du réseau à chaque étape intermédiaire. De plus, ils montrent la réduction de consommation d’énergie réalisée et valident ainsi expérimentalement l’intérêt pratique des outils de synthèse développés.
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Signal, image, vision
/ 23-09-2020
Guerrero Gustavo
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Les mécanismes physiologiques à l’origine des épisodes d’apnée, chez l’adulte et le prématuré, ne sont pas encore entièrement élucidés. L’objectif principal de cette thèse est de proposer une approche, basée sur des modèles computationnels, afin de mieux com- prendre la réponse cardio-respiratoire aiguë à un épisode d’apnée. Un modèle original des interactions cardio-respiratoires a été proposé et adapté selon 3 versions : adulte, nouveaux-né à terme et prématuré. Les analyses de sensibilité, réalisées sur ces modèles, ont mis en en évidence l’importance de certaines grandeurs physiologiques : fraction d’oxygène inspiré, les taux métaboliques, le chemoréflexe et le volume pulmonaire. À partir de ces résultats un sous-ensemble de paramètres a été sélectionné pour réaliser la première identification spécifique-patient d’un modèle adulte pour étudier la dynamique de SaO2 pendant une apnée obstructive à partir d’une base de données clinique composée de 107 apnées obstructives réparties sur 10 patients. À par- tir des paramètres identifiés, un phénotype des patients a été obtenu, différenciant les patients présentant un risque accru d’instabilité respiratoire et de respiration périodique. Les résultats de la thèse ouvrent de nouvelles perspectives pour la prise en charge et l’optimisation de certaines thérapies (CPAP, PEEP, oxygénothérapie,...) en unités de soins intensifs néonatals et adultes.
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Télécommunications
/ 22-07-2020
Harkati Lekhmissi
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Ce travail de thèse concerne le développement et la mise en oeuvre d’un nouveau système radar MIMO-OFDM portable, léger, peu complexe et peu coûteux, capable de mesurer et de caractériser un volume complexe 3-D comme un manteau neigeux, une forêt. Une technique MIMO, qui étend le principe de l’OFDM à des éléments antennaires d’un réseau est proposée afin d’éviter l’utilisation de commutateurs lors de l’émission et la réception des signaux. Le système fonctionne en bande C et mesure des environnements volumiques en champ proche et à haute résolution (5 cm en distance et 15 cm en élévation). Il est destiné à la caractérisation de manteaux neigeux stratifiés présentant une homogénéité dans la direction horizontale et une épaisseur inférieure à quatre mètres. Le radar possède un système autonome de génération et d’acquisition de signaux. Un processus d’imagerie 3-D par focalisation de signaux à large bande a été développé et appliqué sur des mesures réalisées en janvier et mars 2019, puis mars 2020 dans les Alpes françaises. Divers paramètres physiques, dont le profil diélectrique d’un couvert, la structure de sa réponse EM 3D ont été estimés, qui pourront être utilisés pour interpréter des résultats de mesures SAR 2-D satellitaires opérées dans la même bande.
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Génie Civil
/ 16-07-2020
Ka Moussa
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Les matériaux alcali-activés (AAM) sont souvent considérés par la communauté scientifique internationale comme une possible alternative à l’utilisation du ciment Portland (OPC) dans les matériaux de construction. Les principaux objectifs de cette thèse sont d'évaluer les propriétés physico-chimiques et mécaniques, ainsi que la durabilité de différents mortiers alcali-activés à base de laitiers de hauts fourneaux, de métakaolins et de leurs mélanges. L’étude des propriétés telles que le temps de prise, la porosité et l’absorption capillaire a permis de caractériser la structure porale des différents mortiers et ainsi souligner les différences de morphologie obtenues avec l’OPC et les AAM. L’incidence sur les performances de la nature de l’activateur alcalin associé au laitier est évaluée. L’intérêt de l’introduction de différents adjuvants susceptibles de modifier la prise, la porosité, l’absorption capillaire, la sorptivité,… ou d’ajouts intervenant comme régulateur de retrait (ajout de gypse) est discuté. L’analyse du retrait chimique et endogène indique une réponse bien spécifique pour le laitier activé et une forte interaction entre retrait endogène et retrait de dessiccation dans le cas des AAM à base de métakaolin. Dans tous les cas, les conditions de cure sont déterminantes. L’analyse de la durabilité des AAM repose sur des tests de carbonatation accélérée, de gel dégel et d’attaques acides et sulfatiques. La carbonatation rapide des AAM engendre une réduction limitée du pH. Les mortiers AAM sont plus sensibles au gel-dégel dans l’eau qu’au gel dans l’air et dégel dans l’eau. L’étude à l’attaque acide révèle différents mécanismes de dégradations des AAM en lien avec leur composition. Les AAM apparaissent plus résistants que l’OPC. Les résultats obtenus sur les AAM avec ajout de gypse ont permis également de conclure que la réaction sulfatique interne n’est pas préjudiciable dans une matrice AAM contenant une quantité de gypse limitée.
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Signal, image, vision
/ 03-07-2020
Atehortua Labrador Angélica María
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Cette thèse présente de nouvelles méthodes pour la caractérisation de mouvement et le recalage d'images multimodales cardiaques, basées sur un descripteur spatio-temporel de saillance et sans a priori géométrique. Une première contribution porte sur la proposition d'un nouveau descripteur de saillance calculé pour extraire les changements spatio-temporels des structures observées. Cette méthode de caractérisation de mouvement a été appliquée en Imagerie par Résonance Magnétique en mode ciné (cine-IRM) et à la caractérisation de mouvements anormaux chez des sujets atteints de cardiomyopathie hypertrophique. Elle a fait l'objet d'expérimentations à partir de plusieurs bases de données publiques. Les résultats ont montré l'efficacité du descripteur proposé et sa robustesse dans un contexte d'images hétérogènes et bruitées. Une deuxième contribution porte sur le développement d'une nouvelle approche de recalage non rigide d'images multimodales cardiaques acquises en IRM et en échocardiographie 3D, dans laquelle les images traitées sont recalées dans un même espace de représentation basé sur le descripteur de saillance. La méthode a été évaluée sur données réelles et a montré des résultats pertinents. Une dernière contribution porte sur la proposition d'approches de segmentation automatique du cœur en IRM, combinant pour certaines l'exploitation de saillance spatiale à des techniques d'apprentissage profond. Les différentes approches proposées apportent des solutions et perspectives nouvelles pour l'analyse couplée des informations fonctionnelles et structurelles cardiaques et trouvent leur intérêt dans le cadre de l'aide au diagnostic et à la planification d'interventions
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Signal, image, vision
/ 30-06-2020
David Pierre
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De nouvelles modalités d'imagerie ont récemment fait leur apparition. Parmi elles, les champs de lumière sont particulièrement intéressants car ils captent des rayons lumineux individuels provenant de différentes positions et directions. Cette caractéristique permet certains usages comme l'estimation de profondeur. Pour acquérir des champs de lumière, deux types d'appareils existent : les matrices de caméras et les caméras plénoptiques. Ces dernières nécessitent un traitement post-acquisition lourd pour récupérer un champ de lumière utilisable. Récemment, certains appareils ont même permis de capturer des vidéos de champs de lumière, ouvrant la voie à l'estimation de mouvement et l'interpolation temporelle. Le premier objectif de cette thèse est d'extraire des vues de champs de lumière de haute qualité à partir de caméras plénoptiques. Dans ce contexte, nous proposons de nouvelles méthodes de démosaïquage et d'interpolation qui prennent en compte la structure lenticulaire de l'image brute. Le second objectif du travail présenté est d'explorer de nouvelles approches pour l'analyse de scène, à savoir l'estimation du mouvement. Cela nous amène à concevoir un modèle pour représenter le flux de scène (ou mouvement apparent d'une scène). Couplé à des techniques d'apprentissage profond, nous pouvons alors effectuer un rendu temporel de vues du champ du lumière, angulairement et temporellement cohérent, ce qui constitue notre dernier objectif.
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Biomedical engineering e-monitoring solutions
/ 30-06-2020
Lazazzera Remo
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Ce manuscrit est le résultat d'un travail collaboratif entre la start-up Farasha Labs (Cesson-Sevigné, France) et le Laboratoire de Traitement du Signal et de l'Image (LTSI, Rennes, France). Les travaux ont été réalisés au sein de l'entreprise pour la première année, se sont poursuivis dans le laboratoire BSICoS de Saragosse dans le cadre d’une bourse d’échanges soutenue par l’école doctorale MathSTIC pendant une période de mobilité de cinq mois et se sont terminés au LTSI. L'objectif de Farasha Labs était de concevoir un écosystème de dispositifs médicaux pour surveiller les paramètres vitaux de ses clients. Dans ce cadre, différents dispositifs ont été conçus : une montre connectée (CareUp®) pour estimer la tension artérielle, un gant connecté (UpNEA) pour la détection et la classification des apnées et hypopnées du sommeil, un serveur (AeneA) pour le cloud computing et une plateforme (eCardio) pour prédire les risques cardiovasculaires. Dans ce contexte, cette thèse s'est focalisée sur le développement d'algorithmes de traitement du signal et d'analyse de données, embarqués dans chacun des produits proposés par Farasha Labs. Les contributions majeures de ce travail peuvent ainsi être résumées : i) un algorithme pour estimer la pression artérielle à partir d'un CareUp® ; ii) une méthode de classification des étapes du sommeil intégrée dans CareUp® et UpNEA; iii) un algorithme de détection et de classification pour l'apnée et l'hypopnée du sommeil; iv) une comparaison exhaustive entre différents algorithmes d’estimation de la fréquence respiratoire à partir du PPG pour UpNEA; v) une plateforme de cloud computing (AeneA) pour la surveillance du sommeil. En synthèse, ce travail a permis le développement de 4 produits en phase de pré-production. Ces derniers représentent à nos yeux une opportunité commerciale sur le marché. Ces travaux ont reçu le prix du concours "Accompagnement aux projets innovants" organisé par la Fondation entreprise de la Banque Populaire de l’Ouest.
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