Développement d'une méthode numérique originale pour la simulation du cycle de vie d'une traînée de condensation

Condensation trails, or contrails, are long ice clouds visible in aircraft wakes on clear days. Their radiative forcing impact is estimated to be twice that of carbon dioxide emissions. However, this estimate is currently debated due to significant uncertainties surrounding the value. These uncertainties highlight the need for further studies to better understand the formation and evolution of contrails, from the creation of initial ice crystals to their possible transition into induced cirrus clouds that can persist for several hours in the troposphere. Such studies are challenging due to the wide range of spatial and temporal scales involved in the life cycle of a contrail.This thesis proposes a numerical methodology for simulating contrails, from the formation of the initial crystals to the dissipation of wingtip vortices. The originality of this method lies in its ability to simulate the formation and evolution of contrails without relying on analytical formulations to initialize the calculations, as is commonly done in the literature. This approach allows for a comprehensive consideration of near-field effects on contrail evolution in the far field, particularly by accounting for the influence of aircraft geometry on the aerodynamic wake.The application of this methodology to a realistic aircraft geometry under standard atmospheric conditions highlighted the significant impact of horizontal tailplane vortices, through the development of short-wavelength instabilities on the wingtip vortices, profoundly altering the structure of the secondary wake. Comparisons with classical approaches showed that contrails obtained using the method developed in this thesis are opaque and wider, potentially having a greater warming effect.Les traînées de condensation sont les longs nuages de glace visibles dans les sillages d'avion les jours de temps clair. Leur impact en termes de forçage radiatif est estimé à deux fois celui des émissions de dioxyde de carbone. Néanmoins, cette estimation est aujourd'hui controversée en raison des fortes incertitudes entourant cette valeur. Ces incertitudes traduisent en réalité le besoin de mener d'avantage d'études pour mieux comprendre la formation et l'évolution des traînées de condensation, de la création des premiers cristaux jusqu'à la transition possible de la traînée en cirrus induit pouvant persister plusieurs heures dans la troposphère. Ces études sont rendues difficiles en raison de la grande diversité d'échelles spatiales et temporelles relative au cycle de vie d'une traînée de condensation. Cette thèse propose alors une méthodologie numérique pour la simulation des traînées de condensation de la formation des premiers cristaux jusqu'à la destruction des tourbillons marginaux. L'originalité de cette méthode tient dans sa capacité à simuler la formation et l'évolution d'une traînée de condensation sans avoir recours à une formulation analytique pour initialiser les différents calculs, comme cela est réalisé classiquement dans la littérature. Une telle approche permet alors de pleinement considérer les effets du champ proche sur l'évolution de la traînée dans le champ lointain, notamment via l'influence de la géométrie de l'avion sur le sillage aérodynamique. L'application de la méthodologie à une géométrie réaliste d'avion et pour des conditions atmosphériques standards a permis de mettre en évidence l'impact significatif des tourbillons d'empennage horizontal via le développement d'instabilités de courte longueur d'onde sur les tourbillons marginaux, modifiant alors profondément la structure du sillage secondaire. La comparaison avec les approches classiques a montré que les traînées de condensation obtenues via la méthode développée dans cette thèse sont plus opaques et plus larges, avec potentiellement un effet réchauffant plus important

Comportement tribologique lors du formage à chaud d'alliage d'aluminium: performance tribologique des revêtements PVD commerciaux et mécanismes de transfert de l'aluminium

Thèse sous embargo de l’auteur jusqu’au 10-09-2025.Pour les membres de la communauté universitaire (hors UPHF), ce document est accessible via le site web Thèses.fr sous le lien 2.The aims of this PhD thesis were to find effective surface coatings to prevent the material transfer issue and to study the mechanisms of material transfer in the hot forming of aluminum alloy. The workpiece material was AA 6082-T6 aluminum alloy, which is widely used to produce automotive components.The warm and hot upsetting sliding test (WHUST) was selected as the main tribometer in this study. To control the testing temperatures precisely, a scaled-down apparatus of the WHUST was designed to integrate into the heating chamber of the Bruker UMT TriboLab platform. The preliminary experiments of the new apparatus found that the pile-up material significantly occurred in front of the contactor due to the high friction at the interface and the deformation characteristic of the aluminum alloy at high temperatures. From this point, the pile-up material was considered as a new parameter in analytical equations used to identify the Coulomb coefficient of friction (COF) and the shear friction factor.The new apparatus of the WHUST was then used to evaluate the tribological performance of three commercial PVD coatings: AlCrN, TiAlN, and Arc-DLC. The experiments were performed at temperatures between 300˚C and 500˚C, at 0.5 mm/s of sliding speed under non-lubrication contact conditions. Those conditions led to the mean contact pressure between 40 MPa and 100 MPa. The results showed that the Arc-DLC coating had better efficiency in alleviating the aluminum transfer issue than the AlCrN and TiAlN coatings. The Arc-DLC coating caused less adhesive to the aluminum alloy and less transferred aluminum, especially in the initial period. Moreover, these findings were consolidated under higher contact pressure by using the hot V-groove compression test (HVGCT).Following that, the Arc-DLC coating was selected to study the mechanisms of aluminum transfer on the forming tool in detail. The WHUST was performed with the specific short sliding distance (2 mm) to investigate the initial stage of aluminum transfer, while the full sliding distance (38 mm) was used to examine the evolution of aluminum transfer. The experiments were conducted at the same testing temperatures with two different sliding speeds, 0.5 mm/s and 5.0 mm/s, under non-lubrication contact conditions. It was found that the aluminum transfer in the initial stage was mainly caused by mechanical plowing. Then, during the grow-up stage, the aluminum transfer was dominated by mechanical plowing and/or adhesive bonding, depending on the testing temperatures and the sliding velocities. Additionally, the different transfer mechanisms caused dissimilar COFs, surface characteristics along the friction track of the specimen, as well as transferred aluminum.In the last part of this PhD thesis, Machine Learning (ML) was involved to study the mechanisms of aluminum transfer. The previous part found that the wear characteristics along the friction track could be a significant indicator to differentiate the transfer mechanisms. Thus, the surface topographies and the SEM images along the friction track were used to classify by five simple ML algorithms and a custom Convolutional Neural Network (CNN) architecture, respectively. It was proved that the ML with topographic data and the CNN with SEM image data had the potential to identify the wear mode accurately.Les objectifs de cette thèse de doctorat étaient de caractériser l’efficacité des revêtements de surface développé pour lutter contre les problèmes de transfert de matière rencontrés lors de la mise en forme de l’aluminium à chaud, et d'étudier ces mécanismes de transfert. Le matériau utilisé était un alliage d'aluminium AA 6082-T6, largement employé dans la fabrication de composants automobiles.Le test de Compression-Translation à chaud (WHUST) a été retenu comme tribomètre principal pour cette étude. Afin de contrôler précisément les températures des essais, un dispositif miniaturisé du WHUST a été conçu afin être intégré dans la chambre chauffante de la plateforme Bruker UMT TriboLab. Les tests préliminaires avec ce nouvel appareil ont montré un empilement significatif de matière devant le contacteur. De nouvelles équations analytiques ont donc été développées pour identifier le coefficient de frottement de Coulomb (COF) et le facteur de frottement (loi de Tresca) en tenant compte de cet empilement de matière.Le WHUST a ensuite été utilisé pour évaluer les performances tribologiques de trois revêtements PVD commerciaux : un AlCrN, un TiAlN et un Arc-DLC. Les expériences ont été menées sans lubrifiant, à des températures variant de 300 °C à 500 °C, sous des pressions de contact comprises entre 40 et 100 MPa, avec une vitesse de glissement égale à 0,5 mm/s. Les résultats ont montré que le revêtement Arc-DLC était plus efficace que les revêtements AlCrN et TiAlN pour atténuer les problèmes de transfert d’aluminium. En particulier, le revêtement Arc-DLC provoquait moins d'adhésion et moins de transfert d'aluminium, notamment lors du début du glissement. Ces résultats ont été confirmés par des essais sous des pressions de contact plus élevées, réalisés à l’aide l’essai de forgeage en T à chaud (HVGCT).Dans la deuxième partie de cette thèse, le revêtement Arc-DLC a été sélectionné pour étudier en détail les mécanismes de transfert d’aluminium sur les outils de mise en forme. Des essais ont été réalisés avec une courte distance de glissement (2 mm) pour examiner les premières étapes du transfert d’aluminium, tandis que des tests avec une distance de glissement de 38 mm ont permis d’étudier l’évolution du transfert. Les expériences ont été conduites aux mêmes températures d’essai (300-500°C), avec deux vitesses de glissement différentes, 0,5 mm/s et 5,0 mm/s, et toujours sans lubrifiant. Les topographies de surface et les images SEM prises le long de la piste de frottement ont montré que le transfert d'aluminium se produit en deux étapes principales : une phase initiale principalement due au labourage mécanique, suivie d'une phase de croissance dominée, en fonction des températures et des vitesses de glissement, par du labourage mécanique ou par de l'adhésion.Dans la dernière partie de cette thèse, l'apprentissage automatique (ML) a été utilisé pour étudier les mécanismes de transfert d’aluminium. Les topographies de surface et les images SEM prises le long de la piste de frottement ont été analysées. Elles ont été classifiées à l’aide de cinq algorithmes d’apprentissage automatique simples et d'une architecture de réseau neuronal convolutif (CNN) personnalisée. Il a été démontré que le ML appliqué aux données topographiques et le CNN appliqué aux images SEM permettaient tous deux d’identifier les modes d’usure avec précision

Le rôle des échelles de longueur dans la ruine des matériaux

Most materials exhibit markedly different behaviors at the micro-scalecompared to the macro-scale, particularly when it comes to failure. At very small scales, solids tend to be significantly stronger than at the structural level. This difference is typically attributed to the presence of defects. While fracture mechanics provides an adequate framework for describing structural resistance in the presence of large defects, structures are rarely designed with intentional cracks. Most defects, whether introduced during manufacturing or as a result of wear over the material’s lifetime, are relatively small and fall within a transitional scale. At this length scale, neither stress-based analysis nor traditional fracture mechanics are fully applicable.The manuscript explores the critical role of length scales in material failure, offering new insights into the mechanical behavior of solids across different scales. The primary objective is to bridge the gap between theoretical fracture models and practical applications through the use of advanced computational techniques such as phase-field methods and atomic-scale simulations. By integrating multi-scale modeling approaches with experimental analysis, the study focuses on understanding fracture processes in brittle materials.The manuscript presents several key findings that advance the understanding of fracture mechanics and material behavior across multiple scales. It establishes correlations between fracture toughness and other material properties, such as tensile strength in various fracture modes. It also reveals that material length scales differ from the size of instabilities observed in complex geometries. Furthermore, the study shows that the limiting velocities of cracks in dynamic fractures are linked to the average stiffness around the crack tip, where the finite-sized, regularized stress zone helps align simulations with experimentalobservations. The research demonstrates how different length scales in atomic structures manifest in elasticity, plasticity, and fracture, providing new insights into material behavior.Additionally, the study introduces failure criteria inspired by atomic-scale processes in silicate glasses, which are crucial for accurately predicting both their fracture and ductile responses. The critical role of diffuse damage in differentiating between free surface energy and fracture surface energy is also emphasized. Finally, the study shows that periodic beam lattices possess a unique fracture toughness determined by their elementary structure and tensile strength, while establishing that Cosserat theory is both necessary and sufficient for optimizing the mechanical performance of these structures.The implications of these findings are profound, offering new pathways for optimizing fracture-resistant materials. The research suggests that local toughness can be homogenized. By applying advanced optimization techniques, the global resistance of materials can be significantly enhanced, paving the way for the development of customized, fractureresistant mechanical metamaterials tailored to specific applications.Les matériaux se comportent souvent de manière très différente à l'échelle microscopique par rapport à l'échelle macroscopique, particulièrement en ce qui concerne la ruine. À de petites échelles, les solides sont bien plus résistants que lorsqu'ils sont évalués à l'échelle structurelle. Cette différence est généralement attribuée à la présence de défauts. Si la mécanique de la rupture offre un cadre adéquat pour comprendre la résistance en présence de grands défauts, les structures ne sont presque jamais conçues volontairement avec des fissures. La plupart des défauts, qu'ils résultent de la fabrication ou de l'usure au fil du temps, sont relativement petits et se trouvent dans une échelle de longueur transitoire où ni l'analyse des contraintes ni la mécanique classique de la rupture ne s'appliquent pleinement.Le manuscrit explore l'importance des échelles de longueur dans la ruine des matériaux et offre de nouvelles perspectives sur le comportement mécanique des solides. Il cherche à combler l'écart entre les modèles théoriques de rupture et leurs applications pratiques en s'appuyant sur des techniques de calcul avancées comme les méthodes de champ de phase et les simulations atomiques. L'approche intègre modélisation multi-échelles et analyses expérimentales pour mieux comprendre la rupture dans les matériaux fragiles.Le manuscrit présente plusieurs résultats clés sur la mécanique de la rupture et le comportement des matériaux à différentes échelles. Il montre des corrélations entre la ténacité à la rupture et des propriétés telles que la résistance à la traction dans divers modes de fracture. Il révèle que les échelles de longueur des matériaux diffèrent des tailles d'instabilités observées dans des géométries complexes. De plus, il met en évidence que les vitesses limites des fissures dynamiques sont liées à la rigidité moyenne autour de la pointe de la fissure, où la zone de contrainte régularisée permet d'aligner simulations et observations expérimentales. La recherche montre également comment les échelles de longueur atomiques influencent l'élasticité, la plasticité et la rupture, offrant ainsi de nouvelles perspectives sur le comportement des matériaux. L’étude développe des critères de ruine basés sur les processus atomiques dans les verres de silicate, essentiels pour prévoir avec précision leurs comportements en rupture et en plasticité. Le rôle crucial des endommagements diffus dans la distinction entre l’énergie de surface libre et l’énergie de surface de rupture est également souligné. Enfin, l'étude démontre que les réseaux périodiques de poutres possèdent une ténacité unique, déterminée par leur structure élémentaire et leur résistance à la traction, et prouve que la théorie de Cosserat est à la fois nécessaire et suffisante pour optimiser les performances mécaniques de ces structures.Ces résultats offrent de nombreuses perspectives pour l’optimisation de matériaux résistants à la rupture. Ils suggèrent que la ténacité locale peut être homogénéisée. Grâce à des techniques avancées d'optimisation, la résistance globale des matériaux peut être augmentée, permettant ainsi le développement de métamatériaux mécaniques sur mesure, adaptés à des applications spécifiques

Hyperbolicité complexe : méthodes algébriques et transcendantes, et application à des problèmes d’uniformisation

The word "hyperbolic" is a polysemic term commonly used in geometry to qualify objects "with negative curvature" properties. In complex algebraic geometry, this term has a more specialized meaning : we essentially designate as hyperbolic the complex projective varieties that do not admit any entire curve, i.e. non-constant holomorphic maps starting from the complex plane, taking their values in the given variety. The main conjectures of the field (and in particular the celebrated Green-Griffiths-Lang conjecture) predict that complex projective varieties of "general type" should admit only "few" such entire curves. This thesis presents several approaches to the study of this conjecture for several classes of complex varieties, using a spectrum of both algebraic and transcendental techniques.Among the algebraic methods, we describe several techniques for constructing jet differential equations, well suited to the study of hyperbolicity of hypersurfaces in the projective spaces. We also present several methods applicable in the quasi-projective setting, in particular to study the varieties admitting "big" representations of their fundamental group. Perhaps somewhat surprisingly, these last transcendental techniques – jointly with the theory of Campana’s special varieties and orbifolds – can be applied to problems of uniformization by the ball in a singular or quasi-projective setting : these last results are described in the final chapter of this thesis.Le mot "hyperbolique" est un terme polysémique usuellement employé en géométrie pour qualifier les objets "à courbure négative". En géométrie algébrique complexe, le terme a un sens plus précis : on qualifie essentiellement d’hyperboliques les variétés projectives complexes n’admettant pas de courbes entières, c’est-à-dire d’applications holomorphes non constantes partant du plan complexe, et à valeurs dans la variété donnée. Les conjectures centrales du domaine (dont la célèbre conjecture de Green-Griffiths-Lang) prédisent que les variétés projectives dites "de type général" devraient admettre "peu" de telles courbes entières.Ce mémoire présente quelques approches à l’étude de cette conjecture pour diverses classes de variétés complexes, utilisant un spectre de techniques tant algébriques que transcendantes. Parmi les méthodes algébriques, on décrit notamment des techniques de construction d’équations différentielles de jets, très adaptées à l’étude de l’hyperbolicité des hypersurfaces de l’espace projectif. On présente aussi quelques méthodes transcendantes applicables dans le cas quasi-projectif, notamment pour étudier les variétés admettant de "grosses" représentations du groupe fondamental.De façon peut-être un peu surprenante, ces dernières techniques – jointes à la théorie des orbifoldes et des variétés spéciales de Campana – trouvent une application à des problèmes d’uniformisation par la boule dans un cadre singulier ou quasi-projectif : ces résultats sont présentés dans la dernière partie du présent mémoire

Étude expérimentale de la corrosion abiotique et biotique de nanofilms de fer : initiation-propagation, mouillage et produits issus de la corrosion.

Iron corrosion is mostly a surface phenomenon; its initiation involving the interfacial iron oxide layer and the underlying metallic iron atoms layers. This study emphasizes surface phenomena associated with the corrosion of iron nanolayers (10nm), which are deposited on glass substrates thanks to a 5-nm titanium adhesion layer. These nanolayers offer a defect-free surface in addition to the advantage of limiting corrosion products accumulation on the surface. Under an aerated aqueous, chloride ions-containing droplet, corrosion initiates locally by aggressive ions but propagates radially around the pit as a 2D corrosion front. As soon as this front reaches the triple contact line, it deforms it and slowly drives the droplet wetting of the corroded surface. The weak amount of substance of corroded iron allows any corrosion product nano-scale analysis. Physico-chemical analysis performed on both surface and solution show that corrosion products are mainly iron (III) oxo-hydroxides, that grew as lepidocrocite sheets on the titanium nanolayer and in suspension. In the case of microbially induced corrosion (MIC), more specifically iron nanolayers corrosion initiated by Shewanella Oneidensis MR1 bacterium, oxygen quantities are diminished because of cellular respiration. In such conditions, we can find on the surface iron oxides that co-precipitated with phosphates from the culture medium. By experimentally limiting gas diffusion, hydrogen formation may be detected from iron nanolayers biotic corrosion, witness of water's involvement in iron oxidation reactions that occur at lower electrochemical potentials. Finally, a preliminary study has revealed the appearance of dendritic structures during the corrosion of iron-titanium nanolayers under a drop of salt containing water (without bacteria). These structures, with notable optical properties, form at the titanium-iron oxy-hydroxides interface, and are composed of both metallic and oxidized iron.La corrosion du fer est principalement un phénomène de surface; en particulier son initiation met en jeu la couche interfaciale d'oxydes native du fer ainsi que les premières couches d'atomes à l'état métallique sous-jacente. Cette étude se focalise sur les phénomènes de surface lors de la corrosion de nanocouches (10 nm) de fer, déposées sur substrat de verre, avec une nanocouche d'accroche de 5 nm de titane. Ces nanocouches présentent l'intérêt de former une surface sans défauts et de limiter l'accumulation de produits de corrosion à la surface. Sous une goutte aérée de solution aqueuse contenant des ions chlorures, la corrosion est initiée localement et se propage de façon radiale autour de la piqûre sous forme d'un front de corrosion 2D. Lorsque ce front de corrosion atteint la ligne triple de la goutte, il la déforme et entraîne l'étalement de cette dernière sur la surface ainsi corrodée. La faible quantité de matière en fer corrodé permet l'analyse à l'échelle nanométrique des produits de corrosion. Les analyses physico-chimiques de la surface et de la phase aqueuse montrent alors que les produits de corrosion sont majoritairement composés d'oxy-hydroxydes de fer (III), qui ont crû sous forme de feuillets de lépidocrocite à la surface de la nanocouche de titane et en suspension dans la goutte. Dans le cas de la corrosion induite par bactéries (ou MIC), plus particulièrement par la bactérie Shewanella Oneidensis MR1, la quantité de dioxygène accessible est diminuée par la respiration cellulaire. On retrouve alors à la surface des coprécipités d'oxydes de fer et de phosphates présents dans le milieu de culture. En limitant la diffusion des gaz de façon expérimentale, on peut observer la formation de dihydrogène lors de la corrosion du nanofilm de fer dans ces conditions biotiques, produit témoin de l'implication de l'eau dans les réactions d'oxydation du fer, qui ont lieu à plus bas potentiel électrochimique. Enfin, une étude préliminaire a permis de mettre en évidence l'apparition de structures dendritiques lors de la corrosion du nanofilm de fer-titane sous une goutte d'eau salée (sans bactéries). Ces structures, aux propriétés optiques bien particulières, semblent se former à l'interface entre la couche de titane et celle d'oxy-hydroxydes de fer, et être composées de fer oxydé et métallique

Nouveau concept de circulateur-antenne à base de matériaux ferrites

In the field of telecommunications, device miniaturization is essential to meet the growing demands for compactness, performance, and cost reduction. Mobile technologies, 5G, and IoT require multifunctional devices that are smaller and more efficient. In transmission- reception systems, the circulator and the antenna play a key role, but their separate design with matching circuits results in additional losses and increased size. Integrating these components into a single multifunctional architecture would address these challenges. The objective of this thesis is to develop a new concept of a circulator-antenna, designed using a co-design methodology for these two components. This "circulantenna" combines a circulator and an antenna integrated on the same substrate, without relying on a 50 Ω interconnection. Specifically, the antenna is directly connected to the second port of the circulator without any matching circuit. The other two ports of the circulator are matched to a 50 Ω impedance to simplify the system’s integration into standard environments.Dans le domaine des télécommunications, la miniaturisation des dispositifs est essentielle pour répondre aux exigences croissantes de compacité, de performance et de réduction des coûts. Les technologies mobiles, la 5G et l’IoT nécessitent des dispositifs multifonctionnels, plus petits et efficaces. Dans les systèmes d’émission-réception, le circulateur et l’antenne jouent un rôle clé, mais leur conception séparée avec des circuits d’adaptation entraîne des pertes et un encombrement supplémentaire. L’intégration de ces composants dans une seule architecture multifonctionnelle permettrait de surmonter ces contraintes. L’objectif de cette thèse est donc de développer un nouveau concept de circulateur-antenne mis au point via une méthodologie de co-conception de ces 2 composants. Ce « circulantenne » regroupe un circulateur et une antenne intégrés sur le même substrat sans passer par une interconnexion 50 Ω. En effet, l’antenne est directement connectée au deuxième accès du circulateur, sans circuit d’adaptation. Les deux autres accès du circulateur seront adaptés à une impédance de 50 Ω, afin de simplifier l’intégration du système dans des environnements standards

Étude numérique de l'agrégation de colloïdes en écoulement dans un milieu confiné

The objective of this thesis is to numerically study the aggregation of colloidal suspensions subjected to Poiseuille flow. Simulations are performed using the Stochastic Rotation Dynamics – Molecular Dynamics (SRD-MD) method, which enables the simulation of suspensions at the colloidal scale while accounting for the various hydrodynamic interactions that may arise under flow in a confined environment. First, we demonstrate how the SRD-MD method can be used to simulate the behavior of a stable suspension in a Poiseuille flow between two infinite planes. Then, we investigate how aggregates form under flow when the colloids experience attractive interactions. Finally, we focus on heteroaggregation under flow conditions for oppositely charged colloids initially distributed separately along the walls (positively charged particles in the upper region and negatively charged ones in the lower region of the simulation box). In all cases, the shape and organization of the aggregates are discussed as functions of the colloidal interactions and the applied flow parameters.L'objectif de cette thèse est d'étudier numériquement l'agrégation de suspensions colloïdales soumises à un écoulement de Poiseuille. Les simulations sont réalisées avec la méthode de "Stochastic Rotation Dynamics - Molecular Dynamics" (SRD-MD) qui permet de simuler les suspensions à l'échelle des colloïdes en prenant en compte les différentes interactions hydrodynamiques pouvant intervenir sous flux dans un milieu confiné. Dans un premier temps, nous avons montré comment la SRD-MD permet de simuler le comportement d'une suspension stable dans un écoulement de Poiseuille entre deux plans infinis. Puis nous avons étudié comment les agrégats se forment sous flux pour des colloïdes qui ont des interactions attractives. Pour finir, nous nous sommes intéressés à l'hétéroagrégation sous flux de colloïdes de charge opposée initialement répartis de façon séparée entre les murs (particules positives dans la partie supérieure et négatives dans la partie inférieure de la boîte de simulation). Dans tous les cas, la forme et l'organisation des agrégats sont discutées en fonction des interactions colloïdales et des paramètres du flux appliqué

Simulation d'écoulements diphasiques avec des modèles multifluides pour la propulsion cryogénique spatiale

Numerical simulation of liquid rocket engines raises several difficulties, particularly regarding the wide array of operating conditions and its consequences on the two-phase topology of the flow. The objective of the present thesis is to evaluate the ability of the multifluid class of two-phase models to accurately represent compressible flows, while accounting for molecular diffusion within each phase and interface exchanges between them. From the existing literature, a general out-of-equilibrium model is derived, accounting for all aforementioned phenomena, and is then reduced towards equilibrium to yield a hierarchy of models, each with different equilibrium hypotheses between phases. Finite-Volume numerical methods, and the challenges linked to their adaption to the complex multifluid models, are presented and evaluated in multiple elementary cases. Various existing models and numerical methods are compared in terms of robustness and accuracy, unveiling potential issues related to the equation system or its numerical treatment. Particular attention is given to their behavior in the presence of interface exchanges, molecular diffusion, and multiple species in the gas phase.La simulation numérique de l'injection liquide pour des moteurs fusée présente un certain nombre de difficultés, notamment à cause de la grande variété de conditions de fonctionnement existantes, avec des conséquences sur la topologie de l'écoulement diphasique en résultant. L'objectif de cette thèse est d'évaluer la capacité des modèles dits multifluides à décrire des écoulements diphasiques, compressibles, en prenant en compte les effets de diffusion moléculaire et les échanges entre phases. A partir de l'état de l'art, la dérivation d'un modèle multifluide hors-équilibre est effectuée ici. Le modèle résultant est ensuite réduit à une série d'hypothèses d'équilibre entre les phases, menant à une hiérarchie de modèles multifluides différents par leurs hypothèses d'équilibre. Des méthodes numériques Volumes Finis sont présentées, avec les défis liés à leur adaptation aux modèles multifluides. Elles sont également évaluées sur un ensemble de cas de validation élémentaires. Les modèles sont comparés en termes de robustesse et de précision, mettant en lumière de potentielles difficultés liées soit au système d'équations soit à la méthode numérique associée. Une attention particulière est accordée à leur comportement en présence d'échanges interfaciaux entre les phases, de phénomènes diffusifs, ainsi que de plusieurs espèces différentes dans la phase gazeuse

Prévention de l'insuffisance rénale aiguë après chirurgie cardiaque : comparaison de l'efficacité des interventions non-pharmacologiques et facteurs de risque périoperatoires dans le cas particulier de la transplantation cardiaque

Cardiac surgery-associated acute kidney injury (CSA-AKI) is a common and severe complication that significantly impacts patient outcomes, particularly after heart transplantation (HTx). Despite advancements in cardiac surgery, no preventive strategy has yet been established, highlighting the need to better understand the available interventions and risk factors associated with CSA-AKI. In our first study, we conducted a systematic review and meta-analysis to evaluate non-pharmacological interventions for the prevention of CSA-AKI. We identified two effective interventions with a moderate level of evidence. Goal-Directed Perfusion (GDP) focuses on optimizing oxygen delivery during cardiopulmonary bypass, while Remote Ischemic Preconditioning (RIPc) involves inducing brief episodes of controlled ischemia before surgery using a blood pressure cuff. In our second study, we conducted a retrospective analysis to identify risk factors associated with CSA-AKI in the specific context of HTx. The incidence of CSA-AKI following HTx was 64%. We identified three risk factors significantly associated with the occurrence of CSA-AKI: a high body mass index, prolonged cold ischemia time, and increased inotropic support with dobutamine during surgery. Our work provides evidence supporting the integration of non-pharmacological strategies, such as GDP and RIPc, into perioperative protocols to reduce the incidence of CSA-AKI. Additionally, in the context of heart transplantation, identifying specific risk factors offers promising perspectives for developing targeted preventive strategies, thereby contributing to improved patient outcomes.L'insuffisance rénale aiguë après chirurgie cardiaque ou « cardiac surgery associated-acute kidney injury » (CSA-AKI) est une complication fréquente et sévère, altérant le pronostic des patients, notamment après une transplantation cardiaque (TCO). Malgré les avancées en chirurgie cardiaque, aucune stratégie préventive n'a encore été établie, soulignant la nécessité de mieux comprendre les interventions disponibles et les facteurs de risque associés au CSA-AKI.Dans notre premier travail, nous avons réalisé une revue systématique et méta-analyse afin d'évaluer les interventions non-pharmacologiques pour prévenir le CSA-AKI. Nous avons identifié deux interventions efficaces avec un niveau de preuve modéré. La "Goal Directed Perfusion" (GDP), qui repose sur l'optimisation de la délivrance en oxygène pendant la circulation extracorporelle et le préconditionnement ischémique à distance (RIPc), dont le principe est d'induire de brefs épisodes d'ischémie contrôlée avant la chirurgie, à l'aide d'un brassard à tension. Dans notre second travail, nous avons mené une étude rétrospective afin d'identifier les facteurs de risque associés au CSA-AKI dans le contexte spécifique de la TCO. L'incidence du CSA-AKI après TCO était de 64 %. Nous avons mis en évidence trois facteurs de risque associés à la survenue d'un CSA-AKI : un indice de masse corporelle élevé, un temps d'ischémie froide prolongé et un support inotrope par dobutamine plus important durant la chirurgie. Nos travaux apportent des éléments en faveur de l'intégration de stratégies non pharmacologiques, telles que la GDP et le RIPc, dans les protocoles périopératoires pour réduire l'incidence du CSA-AKI. En transplantation cardiaque, l'identification des facteurs de risque spécifiques offre des perspectives prometteuses pour le développement de stratégies préventives ciblées, contribuant ainsi à l'amélioration du pronostic des patients

Démystifier les applications de l'apprentissage machine en médecine générale: une exploration de l'aide à la décision automatisée pour les consultations non programmées

The widespread adoption of Electronic Health Records (EHRs) in clinical databases, alongside the rapid advances in machine learning (ML) and natural language processing (NLP) technologies in recent years, has expanded the opportunities for innovative and exploratory applications of sophisticated computational techniques to provide practical aid to medical practitioners. This thesis explores the potential applicability of automated decision support tools to unscheduled general consultations, an area which remains under-explored by the medical AI research community. In the context of a multi-disciplinary project uniting NLP research, EHR system developers, and medical practitioners, we bridge the gap between biomedical NLP research and general medical practice by using a database of SOS Médecins consultation records to build, evaluate and implement two different ML-based tools that are capable of carrying out real-time predictive inference based on textual information entered by the practitioner during a consultation. Beginning in an NLP research framework, we first developed and evaluated various biomedical BERT models, using a variety of information sources including scientific text, structured ontological knowledge from the UMLS metathesaurus, and proprietary text from SOS Médecins consultation records. We then adapted these models to two novel document classification applications, designed in collaboration with a medical practitioner: 1) binary classification for hospitalisation and/or serious diagnosis risk, and 2) diagnosis prediction. Having developed and validated these classification algorithms, we then integrated them into the SOMELOG clinical data management software used by a number of SOS Médecins practices. This enabled us to evaluate the gap between experimental evaluation and practical utility, and also to collect feedback on the perception of this kind of tool among practitioners. We find that many technical and conceptual challenges remain to be addressed before technologies like these can be fully integrated into generalist clinical workflows in a useful way. In summary, the main contributions of this work are 1) software tools and language models adapted for the domain of unscheduled general consultations and 2) quantitative studies of the applicability of artificial intelligence tools for clinical decision support in the SOS Médecins context. We hope that our work will provide useful experimental frameworks and practical insights for future work in this area.L'adoption généralisée des dossiers médicaux électroniques (DME) dans les bases de données cliniques, ainsi que les progrès rapides des technologies d'apprentissage machine (ML) et de traitement automatique du langage naturel (TAL) au cours des dernières années, ont élargi les possibilités d'applications innovantes et exploratoires de techniques informatiques sophistiquées afin de fournir une aide pratique aux praticiens médicaux. Cette thèse explore l'applicabilité potentielle des outils d'aide à la décision automatisés aux consultations générales non programmées, un domaine qui est loin d'être pleinement exploré par la communauté de recherche en IA médicale. Dans le cadre d'un projet multidisciplinaire réunissant des praticiens du TAL, des développeurs de systèmes de DME et des médecins, nous comblons le fossé entre la recherche biomédicale en TAL et la pratique médicale générale en utilisant une base de données de dossiers de consultation de SOS Médecins pour construire, évaluer et mettre en œuvre deux outils différents basés sur la ML qui sont capables d'effectuer une inférence prédictive en temps réel sur la base d'informations textuelles saisies par le praticien au cours d'une consultation. En partant d'un cadre de recherche TAL, nous avons d'abord développé et évalué divers modèles BERT biomédicaux, en utilisant une variété de sources d'information, y compris des textes scientifiques, des connaissances ontologiques structurées et des textes provenant des dossiers de consultation de SOS Médecins. Nous avons ensuite adapté ces modèles à deux nouvelles applications de classification de documents, conçues en collaboration avec un médecin : 1) la classification binaire pour le risque d'hospitalisation et/ou de diagnostic grave, et 2) la prédiction de diagnostic.Après avoir développé et validé ces algorithmes de classification, nous les avons intégrés dans le logiciel de gestion des données cliniques SOMELOG utilisé par plusieurs cabinets SOS Médecins. Cela nous a permis d'évaluer l'écart entre l'évaluation expérimentale et l'utilité pratique, mais aussi de recueillir des retours sur la perception de ce type d'outil par les praticiens. Nous constatons que de nombreux défis techniques et conceptuels doivent encore être relevés avant que des technologies comme celles-ci puissent être pleinement intégrées dans le travail des médecins généralistes de manière utile.En résumé, les principales contributions de ce travail sont 1) des outils logiciels et des modèles de langage adaptés au domaine des consultations générales non programmées et 2) des études quantitatives de l'applicabilité des outils d'intelligence artificielle pour l'aide à la décision clinique dans le contexte de SOS Médecins. Nous espérons que notre travail fournira des cadres expérimentaux utiles et des idées pratiques pour les travaux futurs dans ce domaine