Adaptive Detection of Gaussian Rank-One Signals Using Adaptively Whitened Data and Rao, Gradient and Durbin Tests

We address the problem of detecting a Gaussian rank-one signal using training samples to learn the covariance matrix of the noise present in the samples under test. Towards this end, we propose to use the latter after they have been whitened by the sample covariance matrix of the training samples. As an alternative to the generalized likelihood ratio test, we investigate three simpler alternatives, namely the Rao, gradient and Durbin tests. Closed-form expressions of the corresponding test statistics are derived and the detectors are shown to have a constant false alarm rate. Their performance is assessed via numerical simulations

Lunar landing necessary building blocks and good practices for a sustainable development of human lunar activities

After almost 50 years from the last step on the Moon in 1972, Space Agencies and companies from all over the World are evaluating once again the need, potential, and benefits of human settlements on the Moon and beyond. Several spacecraft, landers, and rovers have already made their way on Earth’s only natural satellite, and more will come in the coming years, followed by or in parallel with human missions, with all the related challenges and issues to overcome. At first, Human activities will target specific locations on the lunar surface, mainly driven by scientific objectives. For these missions, the landing site will necessarily be close to the target areas until a surface transport infrastructure is put in place, such as a system of transport rovers or a rail network. As the interest and involvement of public and private actors grow, and depending on their mission objectives, we will see either massive landings with multiple spacecraft involved or specific pinpointed landings with relatively small assets, to perform local analyses without the need to bring a full settlement to the location. Therefore, it is fundamental to see which resources/terrain characteristics will act as an attractor for intensive human activities with multiple landings that will need traffic management regulations. One of the objectives of our research is to analyze those potential attractors and identify key factors that would make specific locations of the Moon more suitable for landing (e.g. surface characteristics, distance from points of interest). Once defined, the following objective is to evaluate what features and services a landing site should have in order to support exploration or exploitation missions and become an efficient spaceport. In parallel, as mentioned above, all these activities on and around the Moon’s surface need to be regulated and coordinated to avoid a “far west” scenario, with the related potential hazards that could affect the lunar environment, human settlements, and facilities. The last objective of our project is to evaluate and propose ideas on how future missions could be regulated, taking into account that the Moon is a different celestial body that, at the current moment, is not under any national or international significant traffic management regulation. The present abstract is submitted under the auspices of Space Generation Advisory Council (SGAC) Technical Unit Research for a Thriving Lunar Ecosystem (TURTLE)

Étude de l’interdiffusion et de l’effet Kirkendall dans les alliages métalliques à base de nickel

L’objectif de ces travaux de thèse est d’améliorer nos connaissances sur les phénomènes d’interdiffusion dans les alliages métalliques en apportant des données quantitatives sur les phénomènes engendrés par l’effet Kirkendall (porosité, déformation) et dans un second temps à étudier l’effet de contraintes externes sur la diffusion. L’étude expérimentale, effectuée sur des alliages modèles d’un système à fort effet Kirkendall, Ni-Cr-Si, a consisté à analyser différents couples de diffusion à 1200°C. Ceux-ci ont été analysées quantitativement par le biais de différentes techniques de caractérisation (microscopies, tomographie X, corrélation d’images). Tous les résultats expérimentaux ont pu être comparés à des simulations 1D modélisant l’interdiffusion en prenant en compte explicitement les lacunes et leurs cinétiques d’élimination sur deux types de puits : dislocations et pores. L’étude a montré que la germination des pores n’est pas favorisée aux joints de grains et que l’annihilation des lacunes par la croissance de pores est un mécanisme plus efficace que par les montées de dislocations, que ces dernières soient situées en volume ou aux joints de grains. Les profils de concentration, la fraction volumique et la distribution des pores sont insensibles à la taille de grains à 1200°C. Les mesures de déformation par corrélation d’images sur la surface de couples de diffusion ont permis de montrer que la diffusion engendre des champs de déformation locaux selon la direction de diffusion et que la déformation est inexistante ou négligeable dans la direction normale à cet axe. La confrontation des résultats expérimentaux et des simulations a permis d’ajuster les paramètres liés à la force des puits dans la modélisation, pour les dislocations à l’aide des mesures de déformations et pour les pores à l’aide des mesures de porosité. Compte tenu des ordres de grandeurs attendus pour les densités de dislocations dans les alliages étudiés, les résultats suggèrent que seule la montée d’une partie des dislocations est activée lors de l’interdiffusion, en accord avec certains modèles de la littérature. Il est ainsi possible de relier la force des puits par montée de dislocations avec la description de la population de dislocations. En revanche, il n’a pas été possible d’établir de lien entre la force des puits par croissance de la porosité et une propriété du matériau considéré dans la modélisation. Enfin, l’étude de l’effet des contraintes externes de 25 MPa en compression uniaxiale (fluage) et de 326 MPa de pression hydrostatique sur la diffusivité a permis de montrer que les variations des coefficients d’interdiffusion existent mais qu’elles sont négligeables devant les incertitudes sur les valeurs des coefficients d’interdiffusion

Body-Force Modelling of Multiple Distributed Propulsors with Boundary Layer Ingestion

A coupled wing-propulsor configuration is modelled in order to extract the coupled lift, drag or thrust coefficients and to investigate a methodology for in-flight energy recovery via loaded windmilling. The baseline wing geometry and flight conditions of the configuration are representative of the Daher TBM900 aeroplane. The propulsors are modelled using RANS Body Force Modelling (BFM) in order to analyse the non-homogenous incoming flow at computation cost somewhat coherent with preliminary design. The main coupled phenomena such as Boundary Layer Ingestion (BLI), suction-side flow acceleration, propulsor-to-propulsor influence, lateral loads and increased operability are discussed; numerical modifications to the baseline Hall-Thollet model are introduced, providing control-by-power of the propulsor. In continuiation of previous in-house efforts, the simulations were carried out for a typical takeoff case. The obtained results provide preliminary evidence for the possibility of energy recovery by loaded windmilling, which lays groundwork for further investigations at other flight conditions and more complex configurations

Unexpected optimal measurement protocols in Bell's inequality violation experiments

Bell's inequality violation experiments are becoming increasingly popular in the practical teaching of undergraduate and master's degree students. Bell's parameter S is obtained from 16 polarization correlation measurements performed on entangled photons pairs. We first report here a detailed analysis of the uncertainty u(S) of Bell's parameter taking into account coincidence count statistics and errors in polarizers' orientation. We show using both computational modeling and experimental measurement that the actual sequence of the polarizer settings has an unexpected and strong influence on the error budget. This result may also be relevant to measurements in other settings in which errors in parameters may have non-random effects in the measurement

LES of the T106 low-pressure turbine: spectral proper orthogonal decomposition of the flow based on a fluctuating energy norm

This paper investigates the use of the spectral proper orthogonal decomposition (SPOD) on the flow around the T106 low-pressure turbine cascade. The chosen metric of the SPOD is based on the hydrodynamic flow disturbances for compressible flows and is used to characterize the flow structures holding large energy disturbances and synchronization processes with incoming wakes when considered. The input data for the SPOD is provided by large-eddy simulations of the T106 cascade. The Reynolds number and free-stream turbulence effects on the flow structures are studied using four operating points investigated in previous experiments and numerical simulations: Reynolds numbers of \RE~=~\num{5.18e4} and \RE~=~\num{1.48e5} without and with upstream wakes. The analysis of the SPOD indicates that the upstream wakes can amplify some modes of the suction side boundary layer (apparently a receptivity mechanism) and intensify the developing blade wake turbulent structures downstream of the trailing edge. This amplification happens over a reduced frequency bandwidth between Strouhal numbers equal to 7-10 for the low Reynolds number case and 20-24 for the high Reynolds number case

Dust Devil Frequency of Occurrence and Radiative Effects at Jezero Crater, Mars, as Measured by MEDA Radiation and Dust Sensor (RDS)

The Mars Environmental Dynamics Analyzer, onboard the Perseverance rover, is a meteorological station that is operating on Mars and includes, among other sensors, the radiometer Radiation and Dust Sensor (RDS). From RDS irradiance observations, a total of 374 dust devils (DDs) were detected for the first 365 sols of the mission (Ls = 6°–182°), which along with wind and pressure measurements, we estimated a DD frequency of formation at Jezero between 1.3 and 3.4 DD km −2 sol −1 (increasing as we move from spring into summer). This frequency is found to be smaller than that estimated at the Spirit or Pathfinder landing sites but much greater than that derived at InSight landing site. The maximum in DD frequency occurs between 12:00 and 13:00 local true solar time, which is when the convective heat flux and lower planetary boundary layer IR heating are both predicted to peak in Jezero crater. DD diameter, minimum height, and trajectory were studied showing (a) an average diameter of 29 m (or a median of 25 m) and a maximum and minimum diameter of 132 ± 63.4 and 5.6 ± 5.5 m; (b) an average minimum DD height of 231 m and a maximum minimum-height of 872 m; and (c) the DD migration direction is in agreement with wind measurements. For all the cases, DDs decreased the UV irradiance, while at visible or near-IR wavelengths both increases and decreases were observed. Contrary to the frequency of formation, these results indicate similar DD characteristics in average for the studied period

Flow structure, mixing, flame stabilization and pollutant emissions from a coaxial dual swirl CH4/H2/air injector

Développer des brûleurs alimentés à l’hydrogène qui répondent aux conditions strictes des turbines à gaz équipant les moteurs d’avions à réaction est un défi. Dans ce travail, un concept d’injecteur coaxial à double swirl est étudié dans une chambre de combustion opérant à pression atmosphérique. La structure de l’écoulement, le mélange, la stabilisation de la flamme et les émissions polluantes sont étudiés. Cet injecteur coaxial fonctionne avec de l’hydrogène injecté dans un tube central et avec de l’air ou un mélange CH4/air dans le canal annulaire. Pour un niveau de swirl fixé dans le canal annulaire, le niveau de swirl dans l’injecteur d’hydrogène, la distance de retrait de l’injecteur d’hydrogène par rapport au fond de chambre de combustion et la vitesse d’injection d’hydrogène sont les principaux paramètres contrôlant la stabilisation de flamme. Conférer un swirl à l’écoulement d’hydrogène est une condition nécessaire pour décrocher les flammes H2/air des lèvres de l’injecteur. Une petite distance de retrait de l’injecteur d’hydrogène améliore considérablement l’intervalle des conditions de fonctionnement pour lesquelles la flamme est stabilisée aérodynamiquement. Les mesures de vitesse par Vélocimétrie par Image de Particules (PIV) indiquent que le jet central d’hydrogène swirlé se détend radialement dès sa sortie de l’injecteur, coupant la zone de faible vitesse dans le sillage des lèvres de l’injecteur, expliquant la nécessité du swirl interne pour détacher la flamme. La diffusion Raman est utilisée pour déduire les profils de concentration de gaz à la sortie du brûleur. Conférer un swirl à l’écoulement d’hydrogène améliore considérablement le mélange dans les premiers millimètres après la sortie de l’injecteur central d’hydrogène. L’augmentation de la distance de retrait de l’injecteur d’hydrogène favorise un prémélange partiel avant la combustion. Le rapport de vitesse entre les écoulements central et annulaire et l’angle du jet central contrôlent l’état du mélange. Un modèle de bas ordre est développé avec un paramètre de progression du mélange valide pour un grand nombre de conditions de fonctionnement. Dans des conditions réactives, les mesures PIV montrent que la dilatation thermique du gaz à travers la flamme augmente considérablement l’angle d’expansion du jet swirlé conduisant à des vitesses de recirculation plus faibles. Lorsque la flamme est attachée aux lèvres de l’injecteur, la présence d’un dégagement de chaleur dès la sortie de l’injecteur central entraîne une diminution du diamètre de la zone centrale de recirculation en sortie de l’injecteur annulaire. Les conditions aux limites thermiques le long de la chambre de combustion, les températures des gaz en plusieurs points dans l’écoulement et les émissions de polluants sont également analysées. Les émissions de NOx diminuent lorsque la flamme est détachée du fait d’un meilleur mélange consécutif à l’augmentation de la distance entre la sortie d’injection d’hydrogène et la flamme. Les émissions de NOx chutent avec la richesse globale et pour des puissances thermiques accrues. Une loi d’échelle basée sur la température adiabatique de flamme et le temps de séjour des gaz brûlés dans la chambre de combustion permet de réduire les données pour les flammes détachées. Enfin, un modèle prédictif basé sur une vitesse de déplacement de l’extrémité de la flamme est développé pour décrire les mécanismes physiques conduisant au réattachement de la flamme. Il considère que, pour une flamme initialement détachée, s’il existe une zone de mélange inflammable avec des vitesses inférieures à la vitesse de flamme triple, depuis l’extrémité de la flamme jusqu’aux lèvres de l’injecteur, la flamme se réattachera à l’injecteur. Avec un ensemble limité de données expérimentales acquises dans des conditions d’écoulement à froid, ce modèle est capable de prédire la transition de réattachement des flammes détachées pour toutes les conditions de fonctionnement explorés

Etude de l'effet coopératif entre atomes métalliques isolés et nanoparticules métalliques dans des réactions d'hydrogénation sélectives

Ces travaux de recherche se concentrent sur la préparation et la caractérisation de catalyseurs comprenant des atomes isolés (SAs) et des nanoparticules (NPs) métalliques et sur l’étude de leur coopérativité dans des réactions d’hydrogénation sélective. Le chapitre 1 correspond à une étude bibliographique sur les résultats obtenus expérimentalement et en modélisation en hydrogénations sélectives sur des catalyseurs à base de : i) clusters ; ii) SAs ; et iii) mélange de SAs et NPs. Une catalyse coopérative entre SAs et NPs métalliques faisant intervenir le spillover d’hydrogène a été proposé dans la littérature. Dans le chapitre 2, nous avons étudié expérimentalement et par modélisation le spillover d’hydrogène sur des catalyseurs au palladium supporté sur nanotubes de carbone (CNTs). Cette étude nous a permis de démontrer que certains groupes oxygénés de surface du support, ainsi que la présence d’eau facilitent le spillover d'hydrogène sur les supports carbonés. Le chapitre 3 détaille la préparation et la caractérisation d’une série de 5 catalyseurs 1,2 %Pd/CNT présentant des rapports PdSA/PdNP différents allant de 3 à 108. Ces catalyseurs ont été caractérisés par HAADF-STEM, XPS et EXAFS. Par la suite, nous avons appliqué ces catalyseurs en hydrogénation sélective du phénylacétylène en styrène, constatant une activité optimale sur le catalyseur Pd/CNT ayant un rapport PdSA/PdNP = 11 et une meilleure sélectivité sur le catalyseur présentant le plus d’atomes isolés (PdSA/PdNP = 108). Nous avons testé les catalyseurs ayant des rapports PdSA/PdNP de 40 et 108 dans un réacteur en flux, où ces catalyseurs ont montré une excellente stabilité. Des calculs DFT ont été réalisés afin de rationaliser les résultats obtenus. Dans le chapitre 4, grâce à une étude combinant expérience et théorie, nous avons pu fournir des explications sur l’influence de la structure caractéristique de catalyseurs RuSAMNP (où M = Ru, Pd, Ni) pour l’hydrogénation sélective du cinnamaldéhyde (CAL) en hydrocinnamaldéhyde. Le dépôt de Ni sur un catalyseur RuSA/CNT conduit à un système de type cocktail où l’on distingue deux espèces de Ru différentes : a) des atomes isolés de Ru (RuSA) ; et b) des RuSA associés aux NiNP (RuSA@NiNP). Des calculs théoriques ont démontré que thermodynamiquement, le spillover d’H2 des NiNP vers les RuSA peut fonctionner. Lors de l’hydrogénation du CAL, le catalyseur RuSANiNP/CNT a montré de meilleures performances par rapport aux catalyseurs RuSA/CNT et NiNP/CNT. De plus, dans un réacteur en flux, ce catalyseur a montré une excellente stabilité et des performances prometteuses à l’échelle du laboratoire. Les différents mécanismes possibles lors de l’hydrogénation du CAL ont été étudiés par DFT afin de rationaliser les résultats obtenus ; ce qui a permis de mettre en évidence l’importance des espèces RuSA@NiNP pour l’hydrogénation sélective du CAL. Enfin, dans le chapitre 5, nous avons étudié l’influence du dopage du support carbone (CNTs) lors de la réduction/hydrogénation sélective du 4-nitrophénol (4-NP) en 4-aminophénol lorsque les CNTs sont utilisés soit comme carbo-catalyseur sans métal, soit comme support de catalyseurs au Pd. Le dopage avec des hétéroatomes tels que O, S et N a un impact sur le rapport PdSA/PdNP et le catalyseur Pd/N-CNT présente le rapport PdSA/PdNP le plus élevé (PdSA/PdNP = 11). Seuls les N-CNTs ont montré une activité lors de la réduction du 4-NP avec NaBH4 et aucun des supports ne fonctionne en hydrogénation du 4-NP sous H2. Après dépôt de Pd, l’activité catalytique a pu être corrélé avec différents paramètres comme le rapport PdSA/PdNP, ou encore le spillover d’H2. Nous avons mis en évidence que le catalyseur optimal pour la réduction du 4-NP avec NaBH4 était le Pd/O-CNT et que pour l’hydrogénation du 4-NP sous H2, il s’agissait du catalyseur Pd/N-CNT. Une explication a été proposée pour rationaliser ces résultats

On the effect of characterised initial conditions on the evolution of the mixing induced by the Richtmyer–Meshkov instability

Time-resolved schlieren photography was used to visualise mixing zones induced by the Richtmyer–Meshkov instability. These were initiated with four different initial conditions: three of them with monotonic, single-mode shapes and one with a non-monotonic, multi-mode shape. These initial conditions were generated by an innovative experimental concept, the Micro Rotating Shutter System. The results of this experimental campaign reveal that the shape of the initial air–helium interface influences the subsequent development of the resulting mixing zone. Over the measurement time range, the width of the mixing zone induced by this instability is correctly fitted by a power law. Its growth exponent depends on the monotonicity of the initial air–helium interface: while mixing widths originating from single-mode initial conditions are almost superimposed, a lesser growth exponent is found for the multi-mode initial condition. The Reynolds number based on the width of the mixing zone suggests that both flows initiated with single- and multi-mode initial conditions reach a fully turbulent state after the interaction with the reflected shock wave (reshock). The schlieren photography visualisations presented here also allow to illustrate the structure of the induced mixing and highlight the effect of the initial conditions on the large-scale structures of the Richtmyer–Meshkov instability-induced mixing