Vers un laser superradiant : ensembles atomiques d’ytterbium et développements métrologiques pour des références de fréquence ultra-stables

This thesis presents the initial steps toward the realization of an ultra-stable superradiant oscillator. It explores the use of the quantum phenomenon of superradiance, which leverages the coherence and indistinguishability of an atomic ensemble to enhance coherent optical radiation. A superradiant laser consists of atoms collectively coupled to a Fabry-Perot cavity, operating in the bad-cavity regime to minimize sensitivity to cavity fluctuations.In this work, the first realization and characterization of a cold ytterbium atomic ensemble are demonstrated, laying the foundation for future superradiant operation. The experimental setup for atomic transport into the cavity has been planned, enabling sequential loading of atoms for quasi-continuous superradiant emission.To support the future characterization of the superradiant laser, a compensated optical fiber link for local ultra-stable frequency transfer has been implemented. This system features fully digital signal processing and a novel characterization method that does not require access to the remote fiber end. The achieved fractional frequency instability reaches the 10^{-18} range, demonstrating its suitability for high-precision frequency dissemination within an institute.Cette thèse présente les premières étapes vers la réalisation d’un oscillateur superradiant ultra-stable. Elle explore l’utilisation du phénomène quantique de superradiance, qui repose sur la cohérence et l’indistinguabilité d’un ensemble atomique pour produire une émission optique cohérente. Un laser superradiant est constitué d’atomes couplés collectivement à une cavité Fabry-Perot, fonctionnant dans le régime dit de ``mauvaise cavité'' afin de minimiser la sensibilité aux fluctuations de cavité.Dans ce travail, la première réalisation et caractérisation d’un ensemble atomique d’ytterbium refroidi sont démontrées, jetant les bases d’un futur fonctionnement superradiant. L’installation expérimentale pour le transport des atomes dans la cavité a été planifiée, permettant un chargement séquentiel des atomes pour une émission superradiant quasi-continue.Afin de soutenir la future caractérisation du laser superradiant, une liaison optique fibrée compensée a été mise en place pour le transfert local de fréquence ultra-stable. Ce système intègre un traitement du signal entièrement numérique et une méthode de caractérisation innovante ne nécessitant pas d’accès à l’extrémité distante de la fibre. L’instabilité relative de fréquence obtenue atteint l’ordre de 10^{-18}, démontrant ainsi son adéquation pour la dissémination de fréquence de haute précision au sein d’un institut

Modélisation de la turbulence pour les équations RANS compressibles assistée par assimilation de données et apprentissage automatique

This work addresses non-linear inverse problems using high-order numerical methods and machine learning (ML) models to enhance turbulence closure within the Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) equations. We present an adjoint-based approach for optimizing control parameters to minimize a cost-functional, with the governing equations discretized via the modal discontinuous Galerkin (DG) method. The inverse problem is tackled using both quasi-Newton and stochastic optimization methods, particularly the novel V-N-ADAM-DG optimizer, which outperforms traditional algorithms like L-BFGS in solving complex non-convex problems. The methodology is tested in several flow scenarios. First, a laminar flow around a circular cylinder is examined, with a DG discretization at different approximation orders. Next, turbulent flow around a square cylinder is studied, where the impact of various corrective parameters is compared. Finally, the shock-wave/turbulent boundary-layer interaction (SWTBLI) configuration is assessed, where the velocity field and wall variables, such as skin friction and pressure coefficients, are effectively corrected, achieving high precision in complex supersonic regions. Additionally, the design of input features (IFs) for ML-augmented models is examined, addressing challenges related to invariance, normalization, and adaptability in turbulent flows. Using artificial neural networks (ANNs) and tensor basis neural networks (TBNNs), results show significant improvements in accuracy and generalization through optimized IF design and a stabilized loss function. We showed that the TBNN based model is more robust and efficient, compared to the ANN. These advancements in optimization strategies and ML-driven turbulence modeling show significant promise for improving the accuracy and robustness of CFD simulations.Ce travail aborde les problèmes inverses non linéaires en utilisant des méthodes numériques d'ordre élevé et des modèles d'apprentissage automatique (ML) pour améliorer la fermeture de la turbulence dans les équations de Navier-Stokes moyennées par Reynolds (RANS). Nous présentons une approche basée sur l'adjoint pour optimiser les paramètres de contrôle afin de minimiser une fonctionnelle coût, avec les équations de gouvernance discrétisées via la méthode de Galerkin discontinue (DG). Le problème inverse est traité à l'aide de méthodes d'optimisation quasi-Newtoniennes et stochastiques, en particulier le nouveau optimiseur V-N-ADAM-DG, qui surpasse les algorithmes traditionnels comme L-BFGS pour résoudre des problèmes complexes et non convexes. La méthodologie est testée sur plusieurs écoulements: un écoulement laminaire autour d'un cylindre circulaire, où la discrétisation DG avec différents ordres d'approximation est examinée; un écoulement turbulent autour d'un cylindre carré, où l'impact de divers paramètres correctifs est étudié; et une configuration d'interaction onde de choc/couche limite turbulente (SWTBLI), où le champ de vitesse et les variables de paroi, telles que le frottement de paroi et le coefficient de pression, sont efficacement corrigés. En outre, la conception des paramètres d'entrée (IF) pour les modèles augmentés par ML est étudiée, abordant les défis liés à l'invariance, la normalisation et la généralité dans les écoulements turbulents. En utilisant des réseaux neuronaux artificiels (ANN) et des réseaux neuronaux basés sur des tenseurs (TBNN), les résultats montrent des améliorations significatives en termes de précision et de généralisation grâce à une conception optimisée des IF et une fonction coût stabilisée. Nous avons montré que le modèle basé sur le TBNN est plus robuste et efficace que le modèle basé sur l'ANN. Ces avancées dans les stratégies d'optimisation et la modélisation de la turbulence basée sur le ML montrent un potentiel prometteur pour améliorer la précision et la robustesse des simulations CFD

Contrôle de la Durée de Vie Restante pour la Gestion de la Santé des Systèmes Contrôlés appliqué aux Systèmes Énergétiques

Even when designed to operate at optimal performance, controlled systems inevitably degrade over time. As degradation progresses, system behavior changes, eventually resulting in efficiency losses and, ultimately, failure. Such failures disrupt operations, reduce safety, and increase maintenance costs. To address these issues, Prognostics and Health Management (PHM) solutions can be integrated into systems to enhance their reliability and availability. While prognostics focuses on predicting Remaining Useful Life (RUL), post-prognostic decision-making involves proactive interventions within the system to ensure Operation & Maintenance (O&M) targets are met. Advances in structural engineering have shown that control actions often induce certain stress factors, revealing the potential for post-prognostic decisions at lower control levels—even before a system reaches a faulty state. This proactive approach, known as Health-Aware Control (HAC), has proven effective for optimizing the inherent trade-off between productivity and reliability, sometimes extending the RUL. However, HAC faces challenges, particularly in reconciling different time-scale dynamics and integrating stochastic and deterministic modeling frameworks. This thesis proposes a novel formulation for the RUL control problem, introducing a ‘RUL-aware control’ framework. This framework actively governs the expected End-of-Life (EoL) by adjusting the nominal operational state based on observed degradation-rate. Utilizing classical and robust control theory, this solution offers a generalized framework applicable across various controlled systems. To evaluate the advantages and limitations of this approach, the methodology is applied to both numerical simulations and real-world energy applications, including a Horizontal-Axis Wind Turbine (HAWT) and a parking service for Lithium-ion (Li-ion) powered vehicles, both of which can benefit significantly from this approach due to their environmental, safety, and reliability requirements. The case studies show that it is not only possible to actively manage the expected RUL but also to mitigate stress factors, ultimately improving the balance between productivity and reliability within some constraints.Même lorsque les systèmes contrôlés sont conçus pour fonctionner de manière optimale, ils se dégradent inévitablement avec le temps. À mesure que cette dégradation progresse, le comportement du système change, entraînant finalement des pertes d'efficacité et, enfin, une défaillance. De telles défaillances perturbent les opérations, réduisent la sécurité et augmentent les coûts de maintenance. Pour remédier à ces problèmes, des solutions de "Gestion de la Santé et du Pronostic" (PHM) peuvent être intégrées dans les systèmes afin d'améliorer leur fiabilité et leur disponibilité. Si le pronostic se concentre sur la prédiction de la "Durée de Vie Restante" (RUL), la prise de décisions post-pronostic implique des interventions proactives au sein du système pour garantir que les objectifs d'Opération et Maintenance (O&M) soient atteints. Les avancées en ingénierie des structures ont montré que certaines actions de contrôle induisent souvent des facteurs de stress spécifiques, ce qui révèle le potentiel des décisions post-pronostic aux niveaux de contrôle des procèdes, même avant qu'un système n'atteigne un état défaillant. Cette approche proactive, connue sous le nom de "Contrôle Tenant en Compte la Santé" (HAC), s'est révélée efficace pour optimiser le compromis inhérent entre productivité et fiabilité, prolongeant parfois la RUL. Cependant, le HAC est confronté à des défis, en particulier pour concilier des dynamiques temporelles différentes et intégrer des modélisation stochastiques et déterministes. Cette thèse propose une nouvelle formulation pour le problème de contrôle de la RUL, en introduisant un textit{framework} de "Contrôle Tenant à la RUL". Ce textit{framework} gère activement la "Durée de Vie Restante" en ajustant l'état opérationnel nominal en fonction du taux de dégradation observé. En utilisant la théorie de contrôle classique et robuste, cette solution propose un textit{framework} généralisé applicable à divers systèmes contrôlés. Afin d'évaluer les avantages et les limites de cette approche, la méthodologie est appliquée à la fois à des simulations numériques et à des applications énergétiques réelles, y compris une Eolienne à Axe Horizontal (HAWT) et un service de stationnement pour véhicules alimentés par des batteries Lithium-ion (Li-ion), qui peuvent tous deux bénéficier considérablement de cette approche grâce à leurs exigences environnementales, de sécurité et de fiabilité. Les études de cas montrent qu'il est non seulement possible de gérer activement la RUL espérée, mais aussi de réduire les facteurs de stress, améliorant ainsi l'équilibre entre productivité et fiabilité dans certaines limites

Transition de la mortalité, transition épidémiologique et transition nutritionnelle chez les adultes vivant en milieu rural au Sénégal

This thesis explores the mortality transition, the epidemiological transition and the nutritional transition in rural Senegal. The mortality transition, a pillar of the demographic transition, is reflected in a general decline in mortality. The epidemiological transition explains this phenomenon by the transition from a mortality structure dominated by transmissible diseases, undernutrition and maternal and neonatal deaths, to a regime in which the majority of deaths are caused by non-transmissible diseases. The epidemiological transition is accentuated by behavioural and environmental changes. The nutrition transition explains part of the epidemiological transition. It describes the changes in lifestyles, particularly physical activity and diet, associated with urbanisation. In terms of mortality, the nutrition transition is reflected in a fall in deaths linked to undernutrition, followed by an increase in deaths associated with non-transmissible diseases linked to nutritional imbalance.In rural areas of low- and middle-income countries, the nutrition transition has long been overlooked because it is associated with urban lifestyles and affluent environments. The health of adults, in particular, has been little studied in these countries, owing to a lack of available longitudinal data. While the positive aspects of transitions are more apparent in trends in maternal and infant mortality, the increase in non-communicable diseases and associated deaths is more likely to be observed in adults. Nevertheless, a growing body of work tends to demonstrate the rapid nutritional and epidemiological changes occurring in low- and middle-income countries, including sub-Saharan Africa, even in poor and peripheral settings. This thesis focuses on three rural Senegalese areas, Bandafassi, Mlomp and Niakhar, which have been covered for several decades by a demographic observatory, the "Observatoire Population, Santé, Environnement".The aim is to look for evidence of ongoing transitions in demographic data, but also in local perceptions. An initial demographic analysis using 35 years of mortality data shows that changes in mortality trends and structure in these three areas are compatible with the hypothesis of an epidemiological transition, one of the driving forces of which may be the nutrition transition. Secondly, an anthropological analysis using data from focus groups conducted in Niakhar and Bandafassi highlights the reality of the nutrition transition phenomenon for the people we met. The final section discusses the discrepancies between perceptions of the nutrition transition and the theoretical model.Cette thèse explore les transitions de la mortalité, épidémiologique et nutritionnelle, en milieu rural sénégalais. La transition de la mortalité, pilier de la transition démographique, se traduit par une baisse générale de la mortalité. La transition épidémiologique explique ce phénomène par le passage d'une structure de la mortalité dominée par les maladies transmissibles, la sous-nutrition et les décès maternels et néonataux, à un régime où la majorité des décès sont causés par des maladies non-transmissibles. La transition épidémiologique est accentuées par des changements comportementaux et environnementaux. La transition nutritionnelle, quant à elle, explique en partie la transition épidémiologique. Elle décrit les changements de modes de vie, en particulier l'activité physique et les régimes alimentaires, associés à l'urbanisation. Sur le plan de la mortalité, la transition nutritionnelle se traduit par une baisse des décès liés à la sous-nutrition, puis une hausse des décès associés aux maladies non-transmissibles liées à un déséquilibre nutritionnel.Dans les milieux ruraux des pays à revenus faibles et intermédiaires, la transition nutritionnelle a été longtemps déconsidérée, car associée aux modes de vie urbains et aux contextes d'abondance. La santé des adultes, en particulier, y a été peu étudiée, faute de données longitudinales disponibles. Or, si les aspects positifs des transitions se manifestent davantage dans les tendances de la mortalité maternelle et infantile, l'augmentation des maladies non-transmissibles et des décès associés est plus susceptible d'être observée chez les adultes. De plus en plus de travaux tendent néanmoins à montrer les changements nutritionnels et épidémiologiques rapides survenant dans les pays à revenus faibles et intermédiaires, y compris en Afrique subsaharienne, y compris dans des milieux pauvres et périphériques. Cette thèse s'intéresse à trois zones rurales sénégalaises, Bandafassi, Mlomp et Niakhar, couvertes depuis plusieurs décennies par un observatoire démographique, l'Observatoire Population, Santé, Environnement. L'objectif est de rechercher, dans les données démographiques, mais aussi dans les perceptions locales, les traces de transitions en cours. Une première analyse démographique utilisant 35 années de données de mortalité permet de montrer que les changements des tendances et de la structure de la mortalité dans ces trois zones sont compatibles avec l'hypothèse d'une transition épidémiologique, dont l'un des moteurs peut être la transition nutritionnelle. Dans un deuxième temps, une analyse anthropologique utilisant des données d'entretiens qualitatifs collectifs semi-structurés, conduits à Niakhar et à Bandafassi, met en évidence la réalité que revêt, pour les personnes rencontrées, le phénomène de transition nutritionnelle. Une dernière partie discute les divergences entre perceptions de la transition nutritionnelle et modèle théorique

Développement et analyse de données des prototypes du projet R2D2, visant à l’optimisation d’une TPC de xénon sous haute pression pour la recherche de la double désintégration bêta sans émission de neutrino

While the Standard Model (SM) of particle physics assumes a massless Dirac neutrino, discoveries of the late 20th century have contradicted this hypothesis. Some modern extensions of the SM assume a so-called Majorana neutrino, where neutrino and antineutrino are no longer two distinct particles, but a single fundamental particle. Observation of the neutrinoless double-beta decay process would make it possible to confirm the Majorana nature of the neutrino, but this remains a challenge for experimental physics. The work carried out as part of this thesis is part of the research for the observation of this process by the R2D2 collaboration, which is currently in the research and development (R&D) phase. The main objective of the R&D is to study the energy resolution capacities of high-pressure xenon time-projection chambers (HPXe-TPC). The ultimate goal of R&D is to demonstrate the feasibility of a detector with energy resolution of 1% FWHM at 2.46 MeV using high-pressure xenon. To meet this objective, four prototypes of the detector, designed by the R2D2 collaboration, were studied at the Laboratoire de Physique des 2 infinis in Bordeaux. Two proportional counter geometries, spherical (SPC) and cylindrical (CPC), were tested under various experimental conditions and two gaseous detection regions. Work carried out on the gas purification and recirculation circuits has led to measurements at pressures up to 10 bar in argon and 6 bar in xenon. These measurements enabled us to obtain resolution measurements at the 1% FWHM level for alpha resulting from the decay of 210Po of energy 5.3 MeV in argon and in xenon. The advantages of CPCs over SPCs have convinced the R2D2 collaboration to continue developing this technology for future detector deployment.Si le Modèle Standard (MS) de la physique des particules suppose un neutrino de Dirac sans masse, les découvertes de la fin du XXème siècle infirment cette hypothèse. Ainsi, certaines extensions modernes du MS supposent un neutrino dit de Majorana où neutrino et antineutrino ne sont plus deux particules distinctes, mais une seule et même particule fondamentale. Le processus de désintégration double bêta sans émission de neutrino permettrait de confirmer la nature Majorana du neutrino, mais reste encore un défi pour la physique expérimentale. Le travail effectué dans le cadre de cette thèse s'inscrit dans la recherche de l'observation du processus par la collaboration R2D2 actuellement en phase de recherche et développement (R&D). L'objectif principal de la R&D est d'étudier les capacités de résolution en énergie de chambres à projection temporelle sous xénon haute pression (HPXe-TPC). Le but de la R&D est de démontrer la faisabilité d'un détecteur de résolution en énergie de 1 % FWHM à 2.46 MeV avec du xénon sous haute pression. Pour répondre à cet objectif, quatre prototypes de détecteur, conçut par la collaboration R2D2, ont été étudiés au Laboratoire de Physique des 2 infinis de Bordeaux. Deux géométries de compteur proportionnel, sphérique (SPC) et cylindrique (CPC), furent testées dans diverses conditions expérimentales et deux régimes de fonctionnement. Le travail réalisé sur les circuits de purification et recirculation du gaz a permis de réaliser des mesures jusqu'à 10 bar de pression en argon et 6 bar en xénon. Ces mesures ont permis d'obtenir des mesures de résolution autour de 1 % FWHM pour des alphas issus de la désintégration du 210Po d'énergie 5.3 MeV en argon et xénon. Les avantages des CPC sur les SPC ont convaincu la collaboration R2D2 de continuer à développer cette technologie pour les futurs travaux en vue du déploiement d'un détecteur

Approche computationnelle pour le repositionnement de médicament au travers d’une perspective holistique avec les graphes de connaissances (OREGANO)

Drug discovery is a long and costly process. Drug repositioning is a promising alternative which involves finding new indications for existing drugs. By comparing large quantities of information on drugs that have failed in the final phases of clinical trials, or that have been granted marketing authorization and are now on the market, it is possible to find candidate repositioning drugs capable of treating a condition for which they were not initially developed. To compare all these drugs, computational methods, based on large databases, are favored for their efficiency, speed and ability to analyze large quantities of information. Knowledge graphs are ideal structures for integrating this heterogeneous information. A knowledge graph organizes its information into triplets consisting of a subject, an object and a predicate explaining the relationship between the subject and the object. This graph, combined with embedding techniques (machine learning), can be used to predict new relationships between subjects and objects (which are nodes in the graph). It is therefore possible to transform the problem of repositioning into a problem of discovering new links in a graph. This thesis addresses these issues in the context of the OREGANO project, which aims to build a large knowledge graph on drugs and apply node-plotting techniques for drug repositioning. These techniques “project” the graph into a vector space where each entity is represented by a vector. One of OREGANO’s innovations is also to include data on natural compounds whose medicinal properties are exploited in many countries, and whose repositioning potential has been little explored. First, we present the way in which we designed the OREGANO knowledge graph, considering two distinct integration approaches. We then describe the evolutions that have been made to the graph over the years. Thirdly, we demonstrate the ability of the OREGANO knowledge graph to predict new links using embedding techniques. Predictions are evaluated with the usual metrics and empirically in the context of drug repositioning. The OREGANO graph as well as the algorithm and code developments are made available to the community at https://gitub.u-bordeaux.fr/erias/oregano.La découverte de médicaments est un processus long et coûteux. Le repositionnement de médicaments est une alternative prometteuse qui consiste à trouver de nouvelles indications pour des médicaments existants. En comparant de grandes quantités d’informations sur les médicaments qui ont échoué aux dernières phases des essais cliniques ou qui ont obtenu une autorisation de mise sur le marché, et donc commercialisés, il est possible de trouver des médicaments candidats au repositionnement capables de traiter une affection pour laquelle ils n’ont pas été développés initialement. Pour comparer tous ces médicaments, les méthodes computationnelles s’appuyant sur de grandes bases de données sont privilégiées pour leur efficacité, leur rapidité et leur capacité à croiser de grandes quantités d’informations. Les graphes de connaissances sont des structures appropriées pour intégrer ces informations de nature hétérogène. Un graphe de connaissances organise ces informations en triplets composés d’un sujet, d’un objet et d’un prédicat explicitant la relation entre le sujet et l’objet. Ce graphe, combiné à des techniques de plongement de nœuds (apprentissage automatique), permet de prédire de nouvelles relations entre sujets et objets (qui sont des nœuds du graphe). Il est donc possible de transformer le problème de repositionnement en un problème de découverte de nouveaux liens dans un graphe. Cette thèse s’intéresse à ces problématiques dans le cadre du projet OREGANO visant à construire un large graphe de connaissances sur les médicaments et à appliquer des techniques de plongement de nœuds pour le repositionnement de médicaments. Ces techniques "projettent" le graphe dans un espace vectoriel où chaque entité est représentée par un vecteur. Une des innovations apportées par OREGANO est également d’inclure des données sur des composés naturels dont les propriétés médicinales sont exploitées dans de nombreux pays et dont les potentialités de repositionnement ont été peu explorées. Dans un premier temps, nous présentons la manière dont nous avons conçu le graphe de connaissances OREGANO, en considérant deux approches d’intégration distinctes. Nous exposons ensuite les évolutions qui ont été apportées au graphe au fil des versions. Dans un troisième temps, nous exposons la capacité du graphe de connaissances OREGANO à prédire de nouveaux liens grâce à des techniques de plongement de nœuds. Les prédictions sont évaluées avec les métriques habituelles et empiriquement dans le cadre du repositionnement de médicaments. Le graphe OREGANO ainsi que les développements des algorithmes et du code sont disponibles pour la communauté scientifique à l’adresse suivante : https://gitub.u-bordeaux.fr/erias/oregano

Optimisation par une approche de spectroscopie ultrarapide des cellules photovoltaïques à colorant transparent et incolore dans la plage visible

This thesis covers critical elements of dye-sensitized solar cells (DSSCs), emphasizing the incorporation of transient absorption spectroscopy (TAS) as an important analytical instrument. The work opens with an examination of the photophysical properties of the D205 dye in mixed solvent systems, clarifying the impact of solvent mixture composition on absorption, emission, and relaxation dynamics. The results indicated that D205's activity in ionic liquids closely parallels its behavior in organic solvents, offering significant insights into the influence of solvent environments on DSSC performance.The present research significantly contributes by developing Python-based TAS program for the analysis of femtosecond transient absorption data. This tool handles issues like group velocity dispersion correction and offers an effective structure for analyzing ultrafast photophysical phenomena. This software effectively evaluated the molecular dynamics of D205 in various solvents, connecting solution-phase investigations with device-level performance.The research also evaluates the performance of dye-sensitized solar cells (DSSCs) built with innovative dye systems, such as SubPc derivatives and VG20-TBPF. Employing the conventional fabrication technique, VG20-TBPF-based cells demonstrated stable photovoltaic performance, with efficiency enhancements resulting from the incorporation of CDCA. A novel fabrication technique using thinner semiconductor layers and different dye deposition methods was investigated, resulting in highly transparent cells.Collectively, these findings illustrate the application of TAS in linking molecular level photophysical investigations to device performance, hence improving DSSCs as a sustainable, efficient, and adaptable solar technology. This study establishes a foundation for subsequent research aimed at developing dye-sensitized solar cells (DSSCs) for diverse applications, highlighting the significance of balancing efficiency, transparency, and functionality in photovoltaic technology.Cette thèse traite des éléments clés des cellules solaires sensibilisées par colorant (DSSCs), en mettant l'accent sur l'intégration de la spectroscopie d'absorption transitoire (TAS) comme un outil analytique essentiel. Le travail débute par une étude des propriétés photophysiques du colorant D205 dans des systèmes de solvants mixtes, clarifiant l'impact de la composition des mélanges de solvants sur les dynamiques d'absorption, d'émission et de relaxation. Les résultats montrent que le comportement du D205 dans des liquides ioniques est très similaire à celui observé dans des solvants organiques, offrant des informations précieuses sur l'influence des environnements de solvants sur les performances des DSSCs.Cette recherche contribue de manière significative au développement d'un programme Python pour l'analyse des données d'absorption transitoire femtoseconde. Cet outil permet de résoudre des problèmes tels que la correction de la dispersion de la vitesse de groupe et offre une structure efficace pour analyser les phénomènes photophysiques ultrarapides. Le logiciel a été utilisé avec succès pour évaluer la dynamique moléculaire du D205 dans divers solvants, établissant un lien entre les études en phase solution et les performances des dispositifs.La recherche évalue également les performances des cellules solaires sensibilisées par colorant (DSSCs) fabriquées avec des systèmes de colorants innovants, tels que les dérivés de SubPc et VG20-TBPF. En utilisant la technique de fabrication conventionnelle, les cellules basées sur le VG20-TBPF ont démontré des performances photovoltaïques stables, avec des améliorations d'efficacité résultant de l'ajout de CDCA. Une nouvelle technique de fabrication utilisant des couches de semi-conducteurs plus minces et des méthodes alternatives de dépôt de colorants a été explorée, conduisant à la production de cellules hautement transparentes.En résumé, ces résultats illustrent l'application de la TAS pour établir un lien entre les études photophysiques au niveau moléculaire et les performances des dispositifs, contribuant ainsi à l'amélioration des DSSCs en tant que technologie solaire durable, efficace et adaptable. Cette étude pose les bases de recherches futures visant à développer des cellules solaires sensibilisées par colorant (DSSCs) pour diverses applications, soulignant l'importance d'un équilibre entre efficacité, transparence et fonctionnalité dans les technologies photovoltaïques

Contrôle et imagerie du profil énergetique dans des dispositifs à base de nanocristaux pour la détection infrarouge

Colloidal nanocrystals exhibit size tunable optical and electronic properties thanks to quantum confinement,. Mercury telluride (HgTe) narrow band gap nanocrystals, offer a unique tunability of optical properties covering the entire infrared spectrum. These nanocrystals can be integrated into thin films to create infrared photodetectors, with potential applications for cost-effective infrared cameras. Knowledge of the electronic structure of these materials is crucial for rational device design. However, most studies rely on techniques that neglect the actual device environment. In this work, I used scanning photoemission microscopy to map the energy landscape of nanocrystal-based devices in operando, providing direct insights into their electronic properties under operating conditions. In parallel, I developed an alternative strategy to control carrier density in nanocrystal films by coupling them to ferroelectric materials, taking advantage of their inherent remnant polarization. This approach enabled the formation of ferroelectric-induced p-n junctions within the device channel, allowing for planar photodiode operation that does not rely on gate bias application.Les nanocristaux colloïdaux présentent des propriétés optiques et électroniques accordables grâce au confinement quantique. Les nanocristaux semiconducteurs à faible bande interdite de tellurure de mercure (HgTe), offrent une accordabilité des propriétés optiques couvrant l'ensemble du spectre infrarouge. Ces nanocristaux peuvent être intégrés dans des films minces pour créer des photodétecteurs infrarouges, avec des applications potentielles dans des caméras infrarouges. La connaissance de la structure électronique de ces matériaux est cruciale pour permettre un design rationnel. Cependant, la plupart des études reposent sur des techniques qui négligent l'environnement réel du dispositif. Dans ce travail, j'ai utilisé la microscopie de photoémission pour cartographier in operando le profil énergétique des dispositifs à base de nanocristaux. Cette méthode donne un accès aux propriétés électroniques dans des conditions de fonctionnement. Parallèlement, j'ai développé une stratégie pour contrôler la densité de porteurs dans les films de nanocristaux en les couplant à des matériaux ferroélectriques en tirant parti de leur polarisation résiduelle inhérente. Cette approche a permis la formation de jonctions p-n induites par la ferroélectricité dans le canal du dispositif. Cette stratégie génère une photodiode planaire sans avoir recours à une tension de grille

Modèles Vision et Langage multimodaux de fondation

In recent years, large language models (LLMs) have shown remarkable performance across diverse tasks and have begun to be widely integrated into various applications. Vision-language models (VLMs), which extend LLMs by incorporating image understanding, offer further potential. These models could reshape areas such as web development by translating webpage screenshots into code, assist in information retrieval through autonomous web navigation, and automate tasks like document classification and summarization in business contexts. However, despite the growing interest in VLMs, their development remains in its early stages, with many key aspects of the model creation pipeline lacking consensus among researchers. This thesis seeks to advance the capabilities of VLMs by both improving performance on academic benchmarks and exploring their application to real-world problems. The focus is on developing a foundation VLM, one capable of handling a wide range of tasks without requiring extensive task-specific fine-tuning. The development of large and efficient VLMs requires access to extensive, diverse, and high-quality pre-training datasets. Therefore, this thesis begins by introducing OBELICS, an open web-scale dataset of interleaved image-text documents that has undergone rigorous filtering. We describe the dataset creation process, present comprehensive filtering rules, and provide an analysis of the dataset's content. To validate OBELICS, we train an open VLM of 80 billion parameters, named Idefics1, which achieves performance competitive with proprietary state-of-the-art models at the time. Next, we investigate the architectural design of VLMs, conducting a series of experiments on pre-trained models, architecture choices, and training methods. These insights enabled the development of Idefics2, an 8-billion-parameter VLM that demonstrates state-of-the-art performance in its size class across several multimodal benchmarks at the time of its release. Finally, we offer a comprehensive overview of the most recent advances in VLM research, highlighting the strengths and weaknesses of each, addressing the major challenges in the field, and suggesting promising research directions for underexplored areas. Building on this overview, we develop Idefics3, a VLM that surpasses the performance of its predecessor, Idefics2, with particular improvements in document understanding through the creation of specialized datasets.Ces dernières années, les grands modèles de langage (LLMs) ont montré des performances remarquables sur des tâches variées et ont commencé à être largement intégrés dans diverses applications. Les modèles vision-langage (VLMs), qui étendent les LLMs en incorporant en plus la compréhension d'images, offrent un potentiel supplémentaire. Ces modèles pourraient transformer des domaines tels que le développement web en traduisant des captures d'écran de pages web en code, faciliter la recherche d'informations via une navigation web autonome, et automatiser des tâches comme la classification et la synthèse de documents dans des contextes professionnels. Cependant, malgré l'intérêt croissant pour les VLMs, leur développement en est encore à ses débuts, et de nombreux aspects clés du processus de création de ces modèles manquent de consensus parmi les chercheurs. Cette thèse vise à améliorer les capacités des VLMs en augmentant à la fois leurs performances sur des benchmarks académiques et en explorant leurs applications à des problèmes réels. L'accent est mis sur le développement d'un modèle VLM fondamental, capable de gérer une large gamme de tâches sans se spécialiser sur une seule.Le développement de VLMs grands et efficaces nécessite l'accès à des ensembles de données de pré-entraînement vastes, diversifiés et de haute qualité. Ainsi, cette thèse commence par introduire OBELICS, un ensemble de données ouvertes à l'échelle du web composé de documents image-texte imbriqués, qui a fait l'objet d'un filtrage rigoureux. Nous décrivons le processus de création de cet ensemble de données, présentons les règles de filtrage, et fournissons une analyse du contenu des données. Pour valider OBELICS, nous avons entraîné un VLM de 80 milliards de paramètres, nommé Idefics1, qui atteint des performances compétitives par rapport aux meilleurs modèles propriétaires au moment de son développement. Ensuite, nous étudions la conception architecturale des VLMs, en menant une série d'expériences sur des modèles pré-entraînés, des choix d'architecture et des méthodes d'entraînement. Les résultats de ces expériences ont permis le développement d'Idefics2, un VLM de 8 milliards de paramètres qui démontre des bonnes performances sur plusieurs benchmarks multimodaux au moment de sa sortie. Enfin, nous offrons un aperçu complet des avancées les plus récentes dans la recherche sur les VLMs, en soulignant les forces et faiblesses de chacune, en abordant les principaux défis du domaine, et en suggérant des directions de recherche prometteuses pour des zones encore peu explorées. Sur la base de cette analyse, nous avons développé Idefics3, un VLM qui surpasse les performances de son prédécesseur, Idefics2, avec des améliorations notables dans la compréhension de documents grâce à la création d'ensembles de données spécialisés

Etude de colmatage de prises d'eau ichtyocompatibles de centrales hydroélectriques : influences des conditions d'écoulement

Thèse CIFRE - France Hydro Electricité Référents : Cécile Bellot et Xavier CasiotSmall and medium-size hydroelectric power plants, which are an essential part of the energy mix, have been enhanced to minimize their impact on the ecological continuity of rivers. Fish-friendly water intakes, particularly inclined bar racks with narrow bar spacings and bypasses at the water surface, facilitate the downstream migration of fishes. However, the evolution of these protection systems has introduced operational challenges. During the fall season, these systems are particularly prone to clogging due to the accumulation of leaves and other debris, leading to significant production losses and increased operational constraints. The objective of this thesis is to better understand and quantify the effects of clogging on inclined narrow bar racks during the leaf-fall period and to provide key insights for improving the management of this natural phenomenon.An experimental study was conducted in a free-surface hydraulic channel to predict the effects of clogging on head losses using artificial materials to simulate natural clogging. These experiments were complemented by field measurements on inclined bar racks subjected to natural and artificial clogging. They facilitate the correlation of laboratory results with those obtained from production sites. The experiments highlighted the negative impact of clogging on head losses, which increased with the obstruction ratio, whether the clogging was homogeneous or partial. The rapid evolution of head losses with increasing clogging has underscored the necessity of implementing automatic cleaning procedures before reaching critical clogging thresholds. A predictive model for head losses induced by clogging was developed based on laboratory experiments and validated through field measurements. Additionally, a numerical study was performed using CFD (Computational Fluid Dynamics) simulations to optimize the water intake protection system (bar form and bypasses). Regarding the bar rack system, an optimization of bar form was performed with a genetic algorithm, considering mechanical and design constraints, resulting in a set of new bar profiles that minimize head losses. These profiles were then validated through experimental testing using a pressurized duct and an open channel flow. Finally, the numerical parametric study of the flow on bypass design revealed insights into existing solutions and led to the development of optimized design recommendations to ensure optimum flow distribution between each bypass.This thesis has increased our understanding of clogging on inclined narrow bar racks, enabling the prediction of its impact on power hydroelectric station performance and contributing to operational improvements. New recommendations have been proposed to assist operators in designing protection systems that integrate inclined bar racks and surface bypasses.Les centrales hydroélectriques de petite et moyenne tailles, part essentielle du mix énergétique, ont fait l’objet d’améliorations pour limiter leur impact sur la continuité écologique dans les rivières. Les prises d’eau ichtyocompatibles, notamment les grilles fines inclinées équipées d’exutoires en surface, permettent de faciliter la dévalaison des poissons. Cependant, l’évolution de ces systèmes de protection a engendré des difficultés d’exploitation avec l’accumulation importante de feuilles et de petits débris en période automnale, entraînant des pertes de production significatives et des contraintes opérationnelles accrues. L’objectif de cette thèse est de mieux comprendre et quantifier l’effet du colmatage sur les grilles inclinées de faible espacement entre les barreaux en période de chute de feuilles, afin de fournir des éléments d’amélioration pour la gestion de ce phénomène naturel.Une étude expérimentale a été menée dans un canal à surface libre pour prédire les effets du colmatage sur la perte de charge, en utilisant des surfaces artificielles simulant un colmatage naturel. Ces essais ont été complétés par des mesures de terrain sur des grilles colmatées naturellement et artificiellement. Ils permettent de corréler les résultats obtenus en laboratoire avec ceux des sites de production. Les essais ont mis en évidence l’impact négatif du colmatage sur la perte de charge en fonction du taux d’obstruction des grilles, qu’il soit sur une partie ou sur la totalité de la surface de la grille. La progression rapide des pertes de charge en fonction de l’augmentation du colmatage souligne l’importance d’opérer un nettoyage automatique des grilles avant d’atteindre un seuil critique de colmatage. Un modèle prédictif des pertes de charge induites par le colmatage a été développé à partir des essais réalisés en laboratoire et validé par les mesures de terrain. Par ailleurs, une étude numérique a été réalisée grâce à des simulations d’écoulements (CFD : Computational Fluid Dynamics) pour optimiser le système de prise d’eau (barreaux de la grille et exutoires). Concernant le système de grille, une optimisation de la forme des barreaux de grille à partir d’un algorithme génétique, prenant en compte les contraintes mécaniques et de dimensionnement, a permis de définir un ensemble de nouveaux profils réduisant les pertes de charge. Ces profils ont finalement été validés par des essais expérimentaux dans une veine en charge et dans un canal à surface libre. Enfin, une étude paramétrique numérique d’écoulements pour différentes formes d’exutoires et de goulottes de dévalaison a permis l’analyse des solutions existantes et de proposer des recommandations de dimensionnement pour obtenir une répartition optimale des débits entre les exutoires.Ces travaux de thèse ont ainsi permis de mieux comprendre la problématique du colmatage des grilles inclinées à faible espacement, de prédire son effet sur la production d’énergie des centrales hydroélectriques, et d’ouvrir la voie à des améliorations opérationnelles. De nouvelles recommandations de dimensionnement ont été formulées pour accompagner les exploitants dans la conception de systèmes de protection intégrant des grilles inclinées et des exutoires en surface