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Mémoire - travail de fin d'études
Du travail de fin d'études 1. Le travail de fin d'études (mémoire) est un travail personnel dont la charge représente l'équivalent d'environ une demi année académique (28 ECTS). Le travail effectué ne doit pas nécessairement posséder une originalité scientifique mais doit donner à l'étudiant l'occasion de développer une compétence et des capacités d'analyse, de synthèse et de présentation. 2. Sauf dérogation, le mémoire est réalisé par un ou conjointement par deux étudiants. Il est bien entendu que le travail effectué par deux étudiants sera d'une ampleur significativement plus grande que s'il était effectué seul. De son encadrement 3. Le mémoire est encadré par un promoteur, membre académique ou scientifique nommé à titre définitif de la Commission de diplôme MAP, ou par deux co-promoteurs, dont au moins un membre académique ou scientifique nommé à titre définitif de la Commission de diplôme MAP (lien vers la composition de la Commission de diplôme MAP). 4. Le promoteur assure la direction du travail et en prend la responsabilité. Le suivi du travail peut être délégué partiellement par le promoteur à une autre personne. Il appartient au promoteur de définir l'ampleur du travail demandé afin que celui-ci puisse être normalement terminé lors de la session de juin. 5. L'étudiant est invité à établir clairement avec son promoteur, dès le début de l'année académique, les modalités et la fréquence de leurs contacts. La responsabilité d'assurer des contacts suffisamment fréquents avec les personnes qui assurent l'encadrement du mémoire incombe à l'étudiant qui l'effectue. Les personnes qui assurent cet encadrement veillent à avoir une disponibilité suffisante. Du choix du sujet
6. Les membres de la commission de diplôme MAP proposent au cours du second quadrimestre un ensemble de sujets pouvant faire l'objet d'un mémoire, accompagnés d'un descriptif. La liste de ces sujets est communiquée aux étudiants à partir de la semaine suivant les vacances de Pâques via le bureau 7. Les étudiants de première année de master prennent par la suite contact avec les promoteurs des sujets qui ont retenu leur attention. Chaque étudiant effectue le choix d'un sujet de mémoire, en accord avec son promoteur, au plus tard pour la fin de la session de juin. Le sujet du mémoire et le nom du promoteur seront alors indiqués sur le formulaire d'inscription aux cours au début de l'année académique qui suit. Du jury 8. Un jury de lecture normalement composé du promoteur et de deux lecteurs (ou des deux co-promoteurs et d'un lecteur) est constitué. Le choix des lecteurs est fait de commun accord entre l'étudiant et le promoteur (des lecteurs scientifiques temporaires, membres du personnel administratif ou technique, ou extérieurs à l'université sont autorisés). 9. Le jury de lecture comprendra au moins un membre académique ou scientifique définitif du Département INMA. Il est possible de constituer un jury comportant plus de trois personnes avec l'accord du président de la commission de diplôme. Ce dernier dispose également de la faculté d'adjoindre un membre supplémentaire au jury de lecture s'il l'estime nécessaire. 10. La composition du jury de lecture et le titre définitif du mémoire seront communiqués au secrétariat du département INMA au plus tard un mois avant le jour de l'ouverture de la session à laquelle l'étudiant est inscrit à l'épreuve. Du texte du mémoire 11. Le texte du mémoire gagne à être concis, une cinquantaine de pages hors annexes devrait être suffisante (75 pages pour un travail à deux). Il est normalement organisé de la manière suivante :
* Couverture et page de garde. 12. La langue utilisée, tant pour la rédaction du texte que pour la présentation publique, est choisie de commun accord par l'étudiant et le promoteur. De la remise du mémoire 13. Le texte du mémoire sera déposé au secrétariat du Département INMA au plus tard le jour de l'ouverture de la session à laquelle l'étudiant est inscrit à l'épreuve. L'étudiant remet un exemplaire de ce texte à chaque membre du jury de lecture ; deux exemplaires supplémentaires destinés à la bibliothèque du département et à la Bibliothèque des Sciences Exactes sont déposés au secrétariat du Département INMA. 14. Si l'état d'avancement du travail le justifie, le délai de remise peut être exceptionnellement prolongé d'au maximum une semaine avec l'accord explicite du promoteur. Ce dernier, après avoir obtenu l'accord des membres du jury de lecture, prévient le secrétariat du Département INMA au plus tard le jour de l'ouverture de la session. De la présentation publique 15. Le mémoire fait l'objet d'une présentation publique, en principe durant la dernière semaine de la session. Lorsque le travail a été réalisé par deux étudiants, il donne lieu à une seule présentation, une dérogation peut toutefois y être apportée lorsque les deux étudiants s'inscrivent à l'épreuve lors de deux sessions distinctes. 16. Le temps total alloué pour la présentation publique est de 35 minutes (55 pour un travail à deux). Ceci comprend la présentation proprement dite (20 minutes, 30 minutes pour une présentation à deux) suivie de la discussion avec les promoteur(s) et lecteur(s) (15 minutes). L'horaire de cette présentation sera affiché aux valves et diffusé sur le site internet du Département INMA deux semaines à l'avance. De l'évaluation du mémoire
17. Un modérateur, membre académique ou scientifique définitif du Département INMA, est désigné pour chaque série de présentations publiques. Le jury de lecture et le modérateur assistent à la présentation publique du mémoire et à la discussion qui y fait suite, puis délibèrent de la note à attribuer au mémoire. Seuls les membres du jury de lecture et le modérateur assistent à la délibération. Parmi les critères d'évaluation du travail, on retient : Des dérogations 18. Notamment pour les étudiants ERASMUS ou effectuant un programme de double diplôme, des dérogations peuvent être apportées par la commission de diplôme MAP, conformément aux dispositions arrêtées par la Faculté. Calendrier
Sujet
Les étudiants intéressés par les sujets de TFE proposés ci-dessous sont invités à prendre contact avec les professeurs concernés.
LES ETUDIANTS MAP SONT INVITES A VISITER EGALEMENT LES LISTES DE SUJETS DE TFE PROPOSES EN ELEC, MECA , ELME. Description des travaux de fin d'études
De nombreux problèmes d'ingénierie peuvent être décrits comme la minimisation d'une fonction de coût définie sur un espace non euclidien qui possède une structure différentiable (variété). Récemment, de nouvelles méthodes d'optimisation sur les variétés sont apparues qui combinent d'excellentes propriétés de convergence locale et globale. Ces méthodes ont fait leur preuves sur des problèmes fondamentaux tels que l'analyse en composantes principales et en composantes indépendantes, et ne demandent qu'à être appliquées à d'autres problèmes de calcul scientifique. Plusieurs sujets sont envisageables en fonction des intérêts du mémorant, tels que :
Contrairement au patrimoine génétique (génome), qui est identique pour la plupart des cellules d'un même organisme, l'expression des gènes varie d'une cellule à l'autre selon un mécanisme complexe d'activation et d'inhibition en fonction des tâches que la cellule doit accomplir. Une technologie récente, les micro-damiers (ou "microarrays") permet d'évaluer le niveau d'activité des différents gènes d'une cellule en mesurant la concentration en ARN messager (mRNA) produit par ces gènes. Les données obtenues lors d'études cliniques se présentent sous la forme d'une matrice de grande taille qui indique le niveau d'activité de chaque gène pour chaque patient. Le travail proposé concerne l'étude de l'expression des gènes dans des tissus cancéreux. L'objectif est de réduire la complexité des données en les exprimant comme le résultat de l'activation d'un nombre réduit de groupes fonctionnels de gènes ("gene pathways"), et ensuite d'étudier les corrélations entre l'activité de ces groupes et les caractéristiques physiologiques des cellules. Une meilleure compréhension de ces associations revêt une importance capitale pour déterminer quels pathways doivent être médicalement désactivés pour réduire, voire supprimer, le cancer.
Vous trouverez tous les renseignements concernant ce travail de fin d'étude à l'adresse suivante : http://www.inma.ucl.ac.be/~blondel/tfe2007.html
Les hyperliens des pages Web forment un vaste graphe dont l'exploration requiert de l'astuce. Le moteur de recherche Google fut le premier a développer un algorithme pour identifier les pages les mieux connectées, donc a priori de plus grande qualité. D'autres algorithmes sont apparus pour repérer les communautés du web, c'est-a-dire des ensembles de pages fortement connectées les unes aux autres et peu au reste du Web. Une protéine est une longue molécule qui se tortille entre plusieurs configurations plus ou moins stables. Quelles configurations sont les plus stables (minimisent l'énergie libre) et comment la protéine y parvient est un probleme important en biologie. Recemment plusieurs chercheurs ont attaqué ce probleme avec les algorithmes concus pour le Web et autres réseaux sociaux. A l'inverse, certains algorithmes sur les graphes peuvent recevoir une interprétation physique grâce au "formalisme thermodynamique" développé par David Ruelle dans les années 70. Ainsi, l'étude d'un surfeur se promenant au hasard sur le Web de facon a minimiser une certaine "énergie libre" permet de produire des variantes de l'algorithme de Google. L'objet du mémoire est d'étudier quelques relations entre algorithmes de grands graphes et sciences naturelles. Les travaux peuvent prendre une tournure théorique ou numérique.
Vous trouverez tous les renseignements concernant ce travail de fin d'étude à l'adresse suivante : http://www.inma.ucl.ac.be/~blondel/tfe2007.html
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Vous trouverez tous les renseignements concernant ce travail de fin d'étude à l'adresse suivante : http://www.inma.ucl.ac.be/~blondel/tfe2007.html
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Il s'agit d'étudier plusieurs systèmes d'équations non linéaires proposés par les biologistes pour modéliser la dynamique de l'ADN. Le travail porterait sur divers aspects : modélisation, étude théorique des modèles, résolution numérique, ...
Il s'agit d'étudier un type particulier de solutions dans les systèmes Hamiltoniens, à savoir des solutions asymptotiques à une ou deux solutions périodiques du système. Une méthode essentiellement basée sur le Calcul des variations permet d'obtenir de telles solutions pour une classe assez large de systèmes Hamiltoniens du second ordre. Le travail proposé porterait sur l'étude de cette méthode et sur les éventuelles extensions aux équations du quatrième ordre.
Il s'agit principalement d'étudier les symétries des solutions d'énergie minimale de l'équation de type Hénon et de tester numériquement quelques conjectures.
Un prototype de robot mobile équipé de capteurs à infra-rouge a été développé au laboratoire dans le cadre d'un premier TFE. Le travail de cette année consistera à concevoir, à analyser et à mettre en oeuvre des lois de commande permettant au robot de fonctionner de manière autonome, à partir des mesures fournies par ses capteurs. Il devra, par exemple, être capable d'avancer et de trouver son chemin le long d'un trajet inconnu matérialisé par des parois. Le TFE proposé peut aborder l'un ou l'autre des problèmes théoriques suivants : Il faudra combiner les trois aspects: une étude théorique, combinée avec la programmation en Labview d'une (ou plusieurs) commande(s), puis la validation expérimentale de l'approche utilisée.
Ce mémoire sera réalisé en collaboration avec la direction de la SNCB chargée de la fourniture du matériel et des conducteurs aux différentes activités relatives au transport des voyageurs et des marchandises. Il aura pour objet l'élaboration et l'optimisation des plannings et horaires concernant un ou plusieurs des domaines suivants Parmi les techniques envisagées pour la résolution de ces problèmes, on examinera l'optimisation en nombres entiers et la programmation par contraintes. Des instances de problèmes réels seront utilisées et leur résolution sera confrontée à la réalité du terrain. (sous réserve de confirmation - ce mémoire constituerait le prolongement d'un mémoire en cours de réalisation)
Ce mémoire sera réalisé en collaboration avec le groupe "méthodes numériques et optimisation" du centre de recherches CENAERO. Certains problèmes de conception dans l'industrie aéronautique nécessitent la résolution de problèmes d'optimisation caractérisés par Ce mémoire a pour but l'étude et l'implémentation de nouvelles méthodes de résolution pour ces problèmes, et leur comparaison avec les techniques employées actuellement sur des fonctions tests ainsi que sur des exemples industriels. Après deux mémoires ayant mis en évidence l'efficacité des méthodes de recherche directe de type Nelder-Mead pour ce problème, le mémoire pourra s'orienter l'an prochain dans une ou plusieurs des directions suivantes :
La création d'une base de données de fin de parties au jeu d'échecs (tablebases) consiste à répertorier de façon exhaustive l'ensemble des positions pouvant survenir lors d'une fin de partie (c'est-à-dire lorsque le nombre de pièces présent sur l'échiquier est faible) et, pour chacune de ces positions, de déterminer si elle est gagnante, perdante ou mène à une partie nulle. Cette tâche peut être effectuée de façon récursive, et permet à un programme d'échecs utilisant une telle base de données de jouer parfaitement dès que le nombre de pièces présent sur l'échiquier est suffisamment petit. A l'heure actuelle, ces tables ont été construites pour l'ensemble des positions comportant au plus 5 pièces, ainsi que pour de nombreuses configurations à 6 pièces. Un des problèmes majeurs de cette approche est la grande taille de ces bases (plus de 7 gigaoctets sont actuellement nécessaires pour stocker l'ensemble des bases à 3, 4 et 5 pièces) Le but de mémoire est d'améliorer l'état de l'art dans ce domaine, en explorant par exemple une ou plusieurs des directions suivantes :
Ces dernières années, les réseaux locaux sans fil (WLAN : Wireless Local Area Networks), plus communément appelés Wifi, ont connu un développement exponentiel. Ils offrent une connexion sans fil au réseau (Internet par exemple) tout en tolérant une certaine mobilité. Ces réseaux se sont multipliés notamment dans les entreprises, les aéroports (hotspots), de par leur mise en uvre facile et peu coûteuse. Ils utilisent généralement une modulation OFDM, consistant en une transmission en parallèle sur plusieurs porteuses (64,128,...). Récemment, il a été montré que l'utilisation de plusieurs antennes en émission et en réception (systèmes Multi-Input Multi-Output) pouvait augmenter de façon significative la capacité de canal (bits/s/Hz) et donc les débits transmis. Ce mémoire porte sur l'optimisation d'un tel système WLAN pourvu d'antennes MIMO. En particulier, on se focalisera sur la dimension multi-utilisateurs. Il s'agira entre autres de répondre à la question de l'allocation des différents utilisateurs sur les différentes porteuses disponibles. Le problème étant complexe, on privilégiera des solutions sous-optimales pouvant être implémentées en temps réel. Plusieurs sujets peuvent être envisagés selon les intérêts des étudiants. Ce travail comportera un travail théorique validé par des simulations numériques (MATLAB/C++). Il donnera à son auteur une compréhension en profondeur de techniques à la pointe de la recherche actuelle. Mots-clés : communications mobiles, communications numériques à haut débit, traitement du signal, systèmes de communication, MIMO, OFDM, WIFI, multi-accès, optimisation
Une grume, à savoir un arbre ébranché, est débité en rondins de longueurs et diamètres spécifiés avant de passer en scierie. Si l'on peut prévoir le nombre de rondins de chaque diamètre et longueur pour planifier un run de sciage, il est par contre moins évident de déterminer le nombre nécessaire de grumes de chaque classe, à savoir diamètre au pied de l'arbre. Un planning, même grossier, pourrait guider les acheteurs dans leurs décisions d'exploitations des coupes en forêt et optimiser mieux encore le débitage subséquent en rondins, puisque l'on aurait le mix de grumes qui convient aux commandes de rondins. Aujourd'hui, le système informatique en place optimise déjà la découpe de billons sur base des dimensions de la grume en cours de découpe et des commandes de rondins actives à l'instant considéré (avec leurs priorités). Toutes ces données de découpe sont stockées depuis plusieurs années dans une base de données. C'est cette base de données qui pourrait être à la base de la programmation d'un outil de prévision des grumes à fournir sur base d'un plan de production de rondins. (sous réserve de confirmation - dans le cadre de ce mémoire, l'entreprise propose d'accueillir le mémorant pour un stage d'été d'un mois en juillet de façon à lui permettre de se familiariser à la problématique et de découvrir cette industrie)
La détermination du minimum (ou du maximum) global d'un polynôme à une variable (sur un intervalle ou sur l'entièreté de la droite réelle) est un sous-problème rencontré fréquemment en mathématiques appliquées. Ce problème est de plus fortement lié à celui de la détermination des racines d'un polynôme. Ce mémoire vise à comparer différentes méthodes existantes pour résoudre ce problème, tant du point de vue des propriétés théoriques que de leur comportement sur des problèmes pratiques. On pourra considère entre autres Chacune de ces méthodes sera testée sur un ensemble de problèmes tests (soit à l'aide d'une implémentation existante, soit à l'aide d'une nouvelle implémentation). En fonction de l'évolution du travail, on pourra également envisager l'application de ces techniques à des polynômes à plusieurs variables (en commençant par le cas bivarié).
Ce mémoire, proposé en collaboration avec une entreprise belge, concerne l'analyse et l'optimisation d'un process industriel de production de vapeur. L'installation considérée possède deux chaudières fonctionnant avec un combustible "vert" ou du fioul. Ces chaudières servent à alimenter deux turbines à vapeur, chacune avec des soutirages de vapeur pour alimenter le process industriel en vapeur. Le but de ce projet est de construire un système expert qui optimise les points de fonctionnement de ces turbines à vapeur en tenant compte de la demande en vapeur de l'usine et du rendement économique de l'installation suivant plusieurs paramètres (prix de l'électricité, prix du fioul, quantité de certificats verts produit, etc.). Il est prévu que ce système soit opérationnel pour l'été 2008. Descriptif plus détaillé : Notre approche se déclinera en trois niveaux, chacun s'appuyant sur le niveau précédent : o PREMIER NIVEAU : régulation coordonnée des turbines, chaudière, consommateurs. Sur base de courbes de fonctionnement des turbines définissant les limites de fonctionnement et les zones de rendement optimum, nous proposons l'optimisation de la balance des turbines afin de répondre à la plage la plus large de débits demandés en BP et MP. Cette optimisation par calcul sera visualisée sur écran de manière graphique. Cette optimisation tiendra compte des paramètres suivants : Ce positionnement des turbines devra également tenir compte des paramètres externes aux turbines afin d'optimiser l'utilisation des fluides. Ainsi, nous proposons d'intégrer dès cette étape tous les signaux process influençant la gestion de ce réseau vapeur. o DEUXIEME NIVEAU : optimisation (système expert) afin d'obtenir Pour ce faire, il nous faut intégrer tous les paramètres thermodynamiques du cycle de production de vapeur. Ainsi, sur base de ceux-ci, il nous sera possible d'adapter les consignes individuelles des différents organes de réglage afin d'optimiser la consommation fuel et la production d'électricité pour le site. Si une action automatique de correction ne pourra être transmise directement aux organes de réglage, nous proposons la mise à disposition d'un signal d'alarme suggérant à l'opérateur une action manuelle d'optimisation. Nous reprendrons sur images de supervision l'ensemble des paramètres mesurés ainsi que les corrections transmises aux régulations individuelles ainsi que des flags d'attention en cas de demande d'action opérateur. o TROISIEME NIVEAU : aide semi-automatique à la gestion des modes dégradés. Sachant qu'une réaction opérateur aux modes dégradés peux être assistée de manière automatique et semi-automatique, nous proposons pour ce niveau une détection des modes dégradés (déclenchement turbine (2 modes), perte d'une chaudière (2 modes pour perte totale et 2 modes pour perte d'un des deux combustibles), chute de consommation (1 mode), îlotage usine(1mode)), une assistance automatique (séquence) là où nous aurons accès en parallèle ou en série suivant les cas avec des actions opérateur sur base de check liste dynamiques avec confirmation de prise d'action. Ces confirmations seront également utilisées pour avancer dans les séquences d'assistance. Nous avons prévu pour chaque mode dégradé (8 au total) la réalisation d'une séquence pouvant être visualisée sur écran. La participation de l'étudiant se situera principalement au niveau de la modélisation et du développement, en collaboration avec nos services, d'une solution pour les niveaux 1 et 2.
Il s'agit d'étudier des solutions remarquables, polynômes orthogonaux par exemple, d'équations aux différences particulières sur certains types de réseaux. Réf. :"Classical and Quantum Orthogonal Polynomials in One Variable", Mourad E. H. Ismail, University of South Florida, Cambridge U.P., 2005. Hardback This is first modern treatment of orthogonal polynomials from the viewpoint of special functions. The coverage is encyclopaedic, including classical topics such as Jacobi, Hermite, Laguerre, Hahn, Charlier and Meixner polynomials as well as those (e.g. Askey-Wilson and Al-Salam - Chihara polynomial systems) discovered over the last 50 years: multiple orthogonal polynomials are dicussed for the first time in book form. Many modern applications of the subject are dealt with, including birth- and death- processes, integrable systems, combinatorics, and physical models. A chapter on open research problems and conjectures is designed to stimulate further research on the subject. Exercises of varying degrees of difficulty are included to help the graduate student and the newcomer. A comprehensive bibliography rounds off the work, which will be valued as an authoritative reference and for graduate teaching, in which role it has already been successfully class-tested.
En Belgique il est bien connu que le belge a une brique dans le ventre. Le succès de Batibouw ne peut que confirmer cette affirmation. L'expansion de l'immobilier en Belgique est une réalité confirmée par l'importance du portefeuille de prêts hypothécaires de Fortis. Les prix de l'immobilier ont connu ces dernières années une explosion engendrant des prêts hypothécaires de très longues durées. Or la capacité de remboursement évolue dans le temps et les circonstances de la vie (mariage, divorce, maladie, perte d'emploi, mouvement dans les taux ) conduisent très souvent à une modification ou un remboursement du prêt. Pour la banque, le remboursement anticipé d'un prêt hypothécaire est un risque à suivre, à contrôler voire si possible à anticiper. En effet la banque prévoit des échéanciers de flux qui ne sont malheureusement plus corrects en cas de remboursement ou refinancement des prêts. Si le client modifie son prêt suite par exemple à une chute des taux, la banque peut toujours recevoir des flux mais de montants différents engendrant une nouvelle répartition des risques. L'anticipation de ces remboursements permet une gestion des ressources beaucoup plus appropriées. Disposant d'une base de données importante, nous souhaitons étudier les variables qui peuvent expliquer les raisons qui poussent le client à rembourser. Nous pensons bien sûr: Dans un premier, l'étudiant sera amené à comprendre l'approche actuelle de pricing des prêts hypothécaires et l'impact du phénomène de prépaiement sur les prix. L'approche actuelle est basée sur la modélisation d'options. Ensuite l'étudiant analysera et développera un modèle pour anticiper les prépaiements sur base des comportements et de la modélisation des taux d'intérêts. Nous pensons qu'il sera utile de tester plusieurs modèles pour l'anticipation des taux d'intérêt (modèle de Hull and White, modèle de Cox Ingersoll Ross, avec ou sans mean reversion ). L'analyse des données comportementales fera appel à des méthodes statistiques au choix de l'étudiant. Enfin si l'étudiant dispose de suffisamment de temps, nous envisageons l'intégration de la fonction de prépaiement directement dans notre modèle de pricing.
Les matrices non-négatives (c.à.d. avec éléments non-négatifs) apparaissent dans bien de modèles, comme par exemple la représentation d'images à niveau de gris : chaque élément est alors un entier entre 0 et 256. Nous nous intéressons à une factorisation de rang faible qui approxime cette matrice dans un certain sens : A\approx U.V où U et V sont également non-négatives. Trouver ce genre de factorisation permet d'approximer des images et de fortement en comprimer la mémoire requise, comme dans l'exemple ci-dessous
Ce genre d'approximation est un problème non-convexe, mais différents algorithmes itératifs ont été proposés pour trouver des approximations raisonnables. Nous nous intéresserons à plusieurs aspects de calcul de ces algorithmes comme leur convergence et les heuristiques pour trouver des bonnes valeurs initiales.
Les matrices d'adjacences de grands graphes sont des matrices non-négatives avec en général peu d'éléments non-nuls, comme dans l'exemple ci-dessous
qui représente les hyperliens dans un sous-réseau du web. Nous nous intéresserons à des algorithmes d'agrégation de ce genre de matrice et à leurs propriétés spectrales. Les agrégations obtenues devraient refléter certaines propriétés importantes du graphe original. Le but du mémoire est d'analyser ces propriétés pour différentes méthodes d'agrégation.
De nombreuses pathologies sont caractérisées par des mouvements oculaires anormaux. Parmi les pathologies d'intérêt, l'amblyopie est caractérisée par une acuité visuelle réduite qui ne peut être améliorée par correction optique et induit certaines anomalies au niveau oculomoteur. Dans un tout autre registre, les patients atteints de lésions corticales frontales perdent généralement certaines capacités liées à la prédiction et l'anticipation dans leurs mouvements oculaires. Ce travail portera sur l'étude de ces mouvements, leur comparaison avec un comportement normal et leur modélisation mathématique qui devrait permettre de mieux comprendre à la fois la pathologie étudiée et le fonctionnement du système normal.
La plupart des tâches de manipulation d'objets s'appuient sur des informations visuelles fiables relatives à notre environnement. Ceci implique généralement une coordination entre les mouvements oculaires et les mouvements du membre supérieur. Le but de ce travail sera de participer à l'acquisition, l'analyse et la modélisation de mouvements de manipulation fine d'objets. Les données utilisées se baseront sur la variation de la valeur du coefficient de friction ainsi que de la gravité (expériences en vols paraboliques permettant l'étude de mouvements en microgravité).
Dans notre vie de tous les jours, nous orientons notre regard vers des objets qui sont fréquemment en mouvement. Les connaissances que nous avons de ces objets influencent nos capacités à les suivre du regard de manière efficace. Par exemple, le contrôle de nos mouvements oculaires pourra se baser sur une prédiction de la trajectoire future d'un objet. Ceci nous permet de continuer à poursuivre un objet en mouvement malgré son occlusion temporaire. Le but de ce travail est de réaliser une étude expérimentale et de modélisation mathématique des mécanismes de prédiction lors de l'occlusion temporaire d'une cible en mouvement. La réponse à des stimuli ponctuels sera comparée à la réponse à des stimuli plus élaborés (type "Biological Motion") afin de mieux comprendre les mécanismes en jeu dans ce type de comportement. Le travail demandé comprendra l'implémentation du stimulus à l'aide d'un logiciel interfacé avec Matlab, l'acquisition de données expérimentales, leur analyse ainsi que leur modélisation.
Les signaux de vitesse d'objets visuels atteignent notre cerveau dans un référentiel rétinien, c'est-à-dire en coordonnées relatives à notre axe du regard. Si nous voulons utiliser cette information pour guider nos yeux, par exemple, cette représentation doit être transformée en un codage approprié pour l'effecteur, ce qui dans le cas des mouvements oculaires est un référentiel basé sur la tête. Ici, il est proposé d'étudier par réseaux de neurones artificiels comment le cerveau pourrait parvenir à cette transformation géométrique des signaux de vitesse. Pour cela, un réseau de neurones biologiquement plausible sera construit en entraîné pour effectuer cette tâche. L'analyse des propriétés de ce réseau de neurones doit par la suite permettre des prédictions et explications de résultats expérimentaux.
Nous agissons sur notre environnement par des actions, utilisant souvent le bras ou la main. Ceci nécessite que les informations visuelles soient correctement transformées en commandes motrices du bras. Un aspect important dans cette problématique est lié à la géométrie 3D qui lie les référentiels visuels aux référentiels moteurs. Il a été montré que le cerveau utilise un modèle interne pour transformer les signaux en position. Ici il est proposé d'étudier expérimentalement si le cerveau fait de même pour des signaux de vitesse. Le but de ce travail sera d'enregistrer et d'analyser les mouvements du bras et de la main lorsque des sujets poursuivent manuellement des objets en mouvement et ce pour différentes géométries des yeux et de la tête. Les résultats seront ensuite évalués sur base de comparaisons avec différentes prédictions d'un modèle mathématique existant.
Les quipus (khipus) sont des cordellettes codées utilisées par les Incas il y a plus de 500 ans. On en connaît environ 600 ans étalées dans le monde en ce moment et leur compréhension est assez faible. Il s'agit d'une système de communication qui permettrait de gérer des comptes, des tâches, des calendriers La cryptographie pourrait aider à mieux connaître leur système de codage qui utilise à la fois le système binaire, décimal, des arbres informatiques et des relations mathématiques fort complexes. Les meilleurs liens sur les quipus sont Ascher, Gary Urton at Harvard et le Quipucamayuqui correspondent aux trios grands spécialistes mondiaux du domaine. Une base de données qui décrit (2e lien ci-dessus) ces quipus a été entreprises et les quelques chercheurs qui travaillent là-dessus vont de découvertes en découvertes. En effet, des liens mathématiques inconnus sont retrouvés entre ces quipus : un exemple frappant est à voir à Puruchuco. Le travail consistera à comprendre la structure de ces quipus, puis de proposer des méthodes automatiques de classification et de similarité. Ce travail est très semblable aux méthodes utilisées pour explorer le web (Google) ou pour étudier des morceaux d'ADN. Voir aussi la revue Wired. Ce travail sera fait en collaboration avec Gary Urton (université d'Harvard) et son assistante Carrie, ainsi que le groupe de travail du MIT qui se penche sur ce sujet. Un assistant, Christophe Petit, suivra de près le travail.
Abstract : Un chiffrement par bloc est une primitive cryptographique importante qui doit idéalement émuler le comportement d'une famille de permutations aléatoires. Le DES et l'AES Rijndael sont deux exemples standards de ce type de fonctions. Suite à l'émergence d'applications requérant des algorithmes pouvant fonctionner efficacement sur des machines à très faible coût (RFIDs, cartes à puces, réseaux de senseurs, Internet-0, ...), de nouveaux algorithmes ont récemment été développés. S'ils offrent des avantages certains au niveau de la mise-en-uvre, la question de leur sécurité est néanmoins moins étudiée que pour des solutions standard. Le but de ce mémoire sera de réaliser des tentatives de cryptanalyse (ou attaques) sur des algorithmes récemment publiés. En particulier, ce sont les problèmes de structures (donnant par exemple lieu à des attaques génériques dites par glissement (slide), par clé liées (related-key), par boomerang ou par réflexion) qui seront suggérés comme première piste d'étude. Le mémoire s'attachera d'abord à étudier des versions réduites (simplifiées) des algorithmes proposés. Il donnera éventuellement lieu à la programmation de ces attaques afin de vérifier leur validité.
Abstract : Les fonctions de hachage sont des primitives cryptographiques essentielles à une grande quantité d'applications. Elles permettent de réduire un message de longueur arbitraire en une petite signature (typiquement une centaine de bits). Elles ont idéalement des propriétés de non-invertibilité et de non-collision. Récemment, la plupart des fonctions de hachage standard ont été mises à mal par de nouvelles attaques. Ces dernières ont permis de mettre en évidence un certain nombre de faiblesses dans les principes de construction des fonctions de hachage. Il en résulte une activité de recherche très active afin de trouver de nouvelles primitives permettant de remplir les fonctionnalités attendues pour une fonction de hachage. Le but de ce mémoire est de réfléchir sur les aspects de mise en oeuvre de ces fonctions de hachage. En particulier, il sera proposé de réfléchir sur les propriétés de mise en uvre efficace sur une variété de plate-formes (processeurs, microcontroleurs, FPGAs, ASICs, ...). Dans une seconde partie, il sera proposé de synthétiser ces propriétés en une liste de critères souhaitables pour un futur standard.
Abstract : En cryptographie, la sécurité des algorithmes est souvent envisagée dans un modèle calculatoire : on s'assure que « casser » un code demandera à un adversaire potentiel un travail prohibitif au vu de la puissance des ordinateurs actuels. Une catégorie d'attaques dite « physiques » permet néanmoins de mettre à mal ce paradigme. Dans ce contexte, un attaquant tire parti des réalités matérielles d'une implémentation (ex : carte à puce, processeur), pour compromettre la sécurité d'un système. Si ces attaques sont maintenant reconnues comme une menace importante contre la sécurité des systèmes d'information, la solution aux fuites physiques d'information reste un problème ouvert. Le but de ce mémoire sera de travailler à la formalisation des fuites physiques d'information et d'étudier la possibilité de réconcilier le modèle classique des « preuves de sécurité » avec le monde physique. Dans ce but, il sera proposé aux étudiants du mémoire d'étudier un certain nombre d'exemples concrets de primitives, pour lesquels une analyse de sécurité est envisageable. Celle-ci se basera sur un modèle d'analyse combinant les aspects calculatoires de la cryptographie classique avec des éléments de théorie de l'information pour l'évaluation des fuites physiques.
Les « cartes auto-organisées », souvent appelées « cartes de Kohonen », sont des outils d'analyse et de visualisation de données simples, faciles à utiliser et largement répandus, tout en étant des outils puissants et non linéaires. Ces cartes sont utilisées dans de nombreux domaines d'analyse : données socio-économiques, financières, prédiction de séries temporelles, etc. En plus d'une représentation synthétique (compression) de l'information, elles permettent une visualisation des données, souvent en deux ou trois dimensions. Cette vision est nettement plus intéressante dans de nombreux cas qu'une analyse en composantes principales, par exemple, qui est une méthode simple à mettre en oeuvre mais linéaire. Les cartes de Kohonen ont des propriétés topologiques permettant de garantir que des données semblables (au sens d'un certain critère) vont être projetées ou visualisées sur des positions proches dans l'espace de visualisation, par exemple en deux dimensions. Cette propriété, appelée « conservation de la topologie », est largement utilisée dans les applications mettant en oeuvre des cartes de Kohonen. En plus des propriétés d'analyse de données proprement dites, les cartes auto-organisatrices sont donc d'un intérêt indiscutable lorsqu'il s'agit de visualiser facilement des données complexes. Par exemple, on peut imaginer de projeter sur un plan toutes les images d'une grande base de données, la projection respectant les similitudes entre les images originales. Dans le contexte de très grandes bases de données, de l'ordre de plusieurs milliers voire millions d'objets comme par exemple des banques d'images, projeter ne suffit plus. En effet, la projection elle-même dépasserait une représentation raisonnable. Une idée consiste alors à développer un système de navigation interactive, dans la représentation résultant des cartes auto-organisées, soit en deux soit en trois dimensions. Ce type de système de navigation pourra être utilisé par exemple dans des systèmes de recherche d'images par le contenu, ou d'analyses de données biomédicales (ADN, etc.). Une idée clé pour la réalisation d'un tel système consiste à intégrer dans la méthode de projection une notion d'échelle. Il est en effet impensable de visualiser des millions d'objets (par exemple d'images) de façon simultanée. Certaines extensions des cartes auto-organisatrices permettent de situer la projection à différents niveaux, mais ces niveaux sont souvent discrets. Le travail consistera à étendre ces travaux à un continuum de niveaux, afin de permettre un contrôle continu de l'échelle par l'utilisateur. Dans le domaine des images par exemple, cette notion d'échelle pourra être implémentée par un choix adéquat de la notion de distance entre objets (de façon intuitive, lorsqu'on compare des objets de très loin c'est la forme et la texture qui importent, puis lorsqu'on se rapproche à un niveau de détail plus fin, la texture entre en ligne de compte, etc.). D'autres méthodes que les cartes auto-organisatrices pourraient être envisagées. Il existe actuellement de nombreux développements concernant les méthodes non-linéaires de réduction de dimension (également appelées projections non-linéaires). Néanmoins, à quelques exceptions près, ces méthodes ont une complexité algorithmique nettement plus élevée que les cartes auto-organisatrices; il s'agit là d'un élément important dont il faudra tenir compte lors du choix des méthodes. Le travail débutera par une acquisition d'un certain nombre de connaissances liées aux cartes auto-organisatrices et une revue de la littérature sur les modes de représentation de celles-ci. La majeure partie du travail consistera néanmoins à implémenter, dans un langage de programmation approprié (permettant des représentations graphiques aisées et une interaction avec l'utilisateur), un système de visualisation et de navigation interactive dans des grands ensembles de données. Réf. :SOM-Based Data Visualization Methods in Intelligent Data Analysis journal, 1999. Peut être downloadé de http://www.cis.hut.fi/~juuso/.
Dans le contexte de la modélisation, non-linéaire en particulier, une question essentielle réside dans le choix de la ou des familles de modèles que l'on veut envisager pour modéliser le phénomène. Cette question se pose aussi bien dans les contextes de régression, que de classification, prédiction, etc. A titre d'exemple, la modélisation de séries temporelles (prédiction de charge dans les réseaux électriques, etc.), de données biomédicales (ECG, EEG, etc.), la reconnaissance de formes et de signaux (images, parole et son), l'analyse de données pharmaceutiques (expérience sur les effets de médicaments), et bien d'autres sont toutes des applications pour lesquelles des modèles statistiques non linéaires sont, à l'heure actuelle, couramment utilisés. Dans tous ces contextes, le choix d'une ou de plusieurs familles de modèles possibles, comme les Support Vector Machines (SVM), les modèles graphiques et bayésiens, les réseaux de neurones artificiels, les arbres de décision, etc., est une question primordiale. Malheureusement, dans la plupart des cas, ce sont les connaissances et l'expérience de l'utilisateur qui guident ce choix, plutôt que des considérations basées sur des critères objectifs. Pour remédier à cette faiblesse, des méthodes dites de "meta-learning" commencent à émerger. Elles consistent à objectiver le choix de la famille de modèle en se basant sur les performances que ces modèles ont atteintes sur des problèmes similaires déjà étudiés. Ainsi, il est possible d'anticiper quelles vont être les performances (au moins relatives) sur une nouvelle application. Bien entendu, toute la question du meta-learning réside dans la définition de la notion de similarité entre problèmes. les critères utilisés pour mesurer les performances, et dans la façon dont on synthétise apprend l'expérience accumulée dans le passé. Le problème du meta-learning se situe à un niveau d'abstraction supérieur à celui du choix d'un modèle dans une famille donnée (ordre dans un modèle polynomial, nombre d'unités cachées dans un réseau de neurones artificiels, choix du paramètre de régularisation dans un SVM, etc.) Néanmoins, le meta-learning peut être envisagé grâce aux mêmes techniques: apprentissage supervisé tenant compte des résultats escomptés de modélisation, mais coûteux en temps calcul, apprentissage non-supervisé plus simple mais ne se basant que sur des propriétés statistiques du problème, information mutuelle pour envisager les relations entre hypothèses (familles de modèles) et résultats, rééchantillonnage (validation croisée, bootstrap) pour mesurer de façon objective les performances d'un modèle, etc. Il existe donc un courant important dans la littérature scientifique qui permettra de développer le domaine du meta-learning, en transformant des techniques éprouvées à un niveau d'abstraction supérieur. Le travail consistera à développer des techniques de meta-learning dans un domaine d'application préalablement choisi en fonction des intérêts du ou des étudiant(s), en s'inspirant des travaux déjà réalisés à l'UCL et ailleurs en ce qui concerne les techniques de sélection de modèles. Réf. :Vilalta R., Giraud-Carrier C., Brazdil P. and Soares C. (2004) Using Meta-Learning to Support Data Mining. International Journal of Computer Science and Applications. Vol. 1, No. 1, pp. 31-45.
Les données fonctionnelles sont des données qui sont à la base des fonctions, mais qui ne sont connues qu'à travers un nombre fini de points. Par exemple, un signal échantillonné sur un intervalle de temps fixé, ou un spectre mesuré à 512 ou 1024 longues d'ondes différentes, constituent des données fonctionnelles. Ce type de données se rencontre dans de nombreux domaines d'application: analyse de signaux biomédicaux (EEG et ECG par exemple), contrôle alimentaire (spectres infrarouges mesurés sur des aliments), etc. Lorsqu'on désire analyser ces données dans un but de prédiction, de contrôle ou de diagnostic, on est rapidement confrontés à la grande dimension des vecteurs résultants de l'échantillonnage. Lors qu'on a peu de données à analyser mais que la dimension de l'espace de représentation (nombre de mesures sur la fonction) est grande, des difficultés importantes apparaissent, connues sous le vocable de "curse of dimensionality". Une façon de résoudre ces difficultés consiste à récolter davantage de données, mais cela n'est pas toujours possible en fonction des contraintes de l'application. Une autre solution consiste à analyser ces données en tirant profit de leur caractère fonctionnel. Sans entrer dans des détails techniques, ceci consiste en pratique à projeter les données sur des bases bien choisies (splines, fonctions radiales, Gaussiennes, etc.) et à travailler ensuite avec les coefficients de la projection plutôt qu'avec les données initiales. Ce procédé permet de réduire considérablement la dimension des données, et en même temps de les lisser, c'est-à-dire d'en éliminer le bruit éventuel. L'analyse de données fonctionnelles est actuellement utilisée dans de nombreux domaines, et combinée à de nombreuses techniques classiques d'analyse de données (classification, régression, prédiction, etc.). Dans certains cas cependant, il se peut que les données fonctionnelles n'aient pas toutes la même longueur, ou présentent des distorsions temporelles. Par exemple, les signaux électrocardiographiques sont souvent découpés entre deux battements afin d'être analysés, mais la fréquence cardiaque changeant, les portions découpées ne sont pas de même longueur. Le travail consistera à étendre les méthodes d'analyse de données fonctionnelles à des fonctions ou signaux de longueurs différentes et/ou sujettes à des distorsions temporelles. L'idée de base consiste à adapter à chaque donnée la longueur des bases utilisées dans la projection. Faire cela de manière globale sur l'ensemble de l'intervalle est immédiat et consistera en une première étape du travail. Ensuite, celui-ci sera étendu à des variations locales à l'intérieur des intervalles, nécessitant la définition de critères de qualité de la mesure de différence entre fonctions présentant des distorsions temporelles. D'un point de vue mathématique ou algorithmique, ceci consistera à adapter la notion de distances entre courbes, afin de tenir compte de ces distorsions. En fonction de l'intérêt du ou des étudiants, le travail sera orienté vers un domaine d'application spécifique présentant cette problématique. Une première idée consiste à analyser des électrocardiogrammes, mais d'autres domaines peuvent facilement se substituer à celui-ci. Réf. :Representation of functional data in neural networks, F. Rossi, N. Delannay, B. Conan-Guez, M. Verleysen, Neurocomputing, Elsevier, Vol. 64 (March 2005), pp. 183-210.
Ce travail de fin d'études se propose d'étudier l'application des modèles de dynamique de population à l'un ou l'autre cas de figure du génie des procédés et des bioprocédés, comme la distribution de taille de particules dans des procédés de précipitation, dans des procédés de production de pâte à papier, dans des procédés de polymérisation ou de cristallisation, ou encore la distribution d'âge de cellules dans des procédés biologiques. Le développement de capteurs permettant de caractériser ces distributions de taille ou d'âge font des modèles de population un outil particulièrement attractif pour la modélisation, la surveillance et la commande des procédés où une telle distribution joue un rôle central. Il s'agit a priori de modèles complexes d'équations aux dérivées partielles qui incluent également des termes intégraux. Ce travail de fin d'études pourra se dérouler en étroite collaboration avec des partenaires hors UCL, telle que l'ULB.
Travail à réaliser :
Dans le processus de fabrication des boules de billard, une étape importante est le passage dans un four de cuisson de type tunnel suivant une procédure batch. Le rendement du procédé est largement tributaire de la montée en température et du maintien de celle-ci à des valeurs susceptibles d'optimiser le procédé. L'objet de ce travail de fin d'études consistera à modéliser la dynamique du four, de concevoir des expériences sur procédé réel en vue de valider un modèle dynamique fiable dans une perspective de commande du procédé, et finalement de concevoir et de mettre en uvre une stratégie de commande permettant de garantir le fonctionnement optimal du procédé en temps réel. Ce TFE peut être éventuellement combiné avec un stage.
La cristallisation d'une solution est économiquement un des procédés de séparation et de purification les plus importants pour l'industrie, en particulier pour l'industrie pharmaceutique. Elle s'applique à grande échelle et en continu à la production de matières organiques et inorganiques. A petite échelle, le procédé de cristallisation est souvent réalisé selon un mode opératoire batch pour obtenir des produits pharmaceutiques de grande pureté. La cristallisation vise souvent l'obtention de cristaux de grande taille et possédant une courbe de distribution en taille unimodale afin de faciliter les procédés en aval, telle que la filtration. Pour parvenir à de tels résultats, la cristallisation doit être réalisée à l'intérieur d'une zone dite métastable. La zone métastable est délimitée par la courbe thermodynamique de solubilité et la courbe de saturation. Ces deux courbes peuvent être obtenues expérimentalement mais de nombreux facteurs peuvent influencer la position de la courbe de saturation, et donc éventuellement diminuer la taille de la zone métastable. L'objet de ce TFE consisterait à identifier les variables qui influencent la courbe de saturation et à modéliser leurs effets sur cette courbe de saturation.
Ce TFE aura pour objet l'étude d'un procédé de séparation lié à la production d'inuline au sein de la société Warcoing. Dans un premier temps, il s'agira de procéder à la simulation numérique des courbes de séparation inuline/sucre/sel dans une colonne de chromatographie industrielle de type ISMB (Improved Simulated Moving Bed) à 4 ou 6 chambres. Dans un second temps, on s'attachera à modéliser le procédé avec pour objectif d'adapter celui-ci à l'installation existante en tenant compte en particulier d'une dégradation de performance de l'équipement liée notamment à un encrassement du lit de résine. L'objectif final est de pouvoir simuler des changements de paramètres de l'installation et leurs impacts sur l'efficacité de séparation, de manière à raccourcir les temps de réglage de l'installation.
Ce projet a pour but une meilleure compréhension et in fine l'optimisation du fonctionnement de procédés de traitement d'eaux usées. La dégradation biologique de matière organique peut être réalisée soit en fermenteur anaérobie, soit dans des procédés de boues activées, soit de manière extensive par lagunage. Le projet est à ce niveau générique et pourra s'orienter dans l'une ou l'autre voie spécifique. Par exemple, pour la digestion anaérobie, un procédé pilote fournira les données nécessaires à l'établissement des modèles et à leur validation. Le fermenteur anaérobie pilote, un réacteur de 1000 litres dont la commande a fait l'objet d'un projet européen se trouve en France à Narbonne. Deux problèmes spécifiques pourront également être examinés. D'une part, l'optimisation de réacteurs batch séquentiels : ces réacteurs biologiques de traitements sont opérés de manière "séquentielles" en alternant aération et absence d'aération, de manière à procéder au sein de la même unité aux opérations de nitrification, dénitrification et déphosphatation nécessaires au traitement des eaux usées; l'objectif sera alors de déterminer et d'analyser le profil optimal d'opération du procédé sur base des techniques de commande optimale. D'autre part, le dernier sujet aura trait à la digestion anaérobie. L'INRA de Narbonne (France) a breveté un système qui permet de rechercher en temps réel un point de fonctionnement "optimal" du procédé sur base de mesures de débit de gaz, de charge organique et de pH. L'objectif de ce travail serait d'intégrer cette routine d'"optimisation en temps réel" au sein d'une boucle de régulation, et d'en analyser les performances, tant sur le plan théorique que sur le plan pratique.
Les réacteurs de polymérisation sont des procédés chimiques caractérisés par un nombre élevé de réactions allant des réactions d'initiation de la polymérisation jusqu'à la transformation de monomères en polymères de complexité croissante. L'objet de ce TFE sera de faire le point sur les stratégies de commande de réacteurs de polymérisation et de développer des méthodes de surveillance en temps réel et de commande qui tiennent compte des spécificités de ces procédés (nombre élevé de réactions, cinétiques non linéaires). De plus, les non-linéarités de la dynamique du procédé sont susceptibles de générer des états d'équilibre instables. Ce sujet profitera de l'expérience acquise au contact de partenaires industriels tels que Total, Dow Corning et Solvay.
Maintenir un procédé à un point d'opération optimum est un enjeu essentiel de la commande. Or, la dynamique des procédés n'est, de manière générale, pas connue avec précision et les modèles qui décrivent leur dynamique sont souvent entachés d'incertitude, soit que les modèles ne représentent qu'une partie, a priori centrale, de la dynamique complexe du procédé, soit encore que les modèles, surtout pour la partie cinétique, sont basés sur des lois purement heuristiques, soit finalement que les données expérimentales utilisés pour calibrer et valider les modèles sont trop informatives. Un des enjeux de la commande est dès lors de pouvoir combiner commande par rétroaction et recherche du point optimal d'opération du procédé : c'est l'objectif de la commande adaptative par recherche d'extremum. Divers cas d'étude sont potentiellement intéressants à étudier, que ce soient pour des procédés chimiques ou biochimiques (y compris environnementaux) ou dans le cas d'applications biomédicales. Ce TFE se fera éventuellement en collaboration avec divers collaborateurs internationaux (INRA, Narbonne, France ; Ecole Polytechnique de Montréal ; Université Queen's, Kingston, Canada).
Les bandes de cisaillement sont une forme courante d'instabilité de la déformation plastique lors de la mise en forme des métaux. Les conditions d'apparition de ces bandes restent néanmoins relativement méconnues. On s'interroge, par exemple, sur les influences probables de la texture cristallographique, de la forme des grains ou de la présence de précipités durs. Au cours de ce TFE, l'étudiant mènera une étude de la sensibilité des bandes de cisaillement à ces divers paramètres microstructuraux. L'étude consistera en des calculs par éléments finis sur des maillages représentant l'agrégat polycristallin. L'originalité de l'approche consistera à formuler des conditions frontières périodiques qui n'entravent pas le développement des bandes de cisaillement. Les simulations seront réalisées au centre de calculs intensif de l'UCL. Le travail participera à un projet de recherche en cours avec la KULeuven.
Beaucoup de matériaux composites utilisés industriellement se présentent sous la forme d'un agrégat biphasé, composé d'une matrice homogène renforcée par des particules ou des fibres relativement isolées les unes des autres. Les théories à champs moyens sont des modèles mathématiques qui prédisent le comportement macroscopique du matériau composite en fonction de ses caractéristiques microstructurales (fraction volumique des phases, forme et orientation des inclusions, ...). Dans le cadre de ce TFE, on réalisera des simulations par éléments finis en utilisant comme loi de comportement une théorie à champ moyen. La routine nécessaire à de telles simulations existe déjà. La tâche de l'étudiant sera de comparer les prédictions correspondant soit à des propriétés microstructurales homogènes, soit à des propriétés qui fluctuent au travers de la pièce. De telles fluctuations, qui sont inévitables au sein des matériaux composites réels, peuvent être à l'origine de concentrations de contraintes ou d'instabilités de déformation. Le travail destiné à un étudiant motivé par la simulation numérique sera réalisé en collaboration avec la société e-Xstream engineering.
La théorie de la plasticité cristalline peut être utilisée comme loi de comportement au cours de simulations par éléments finis visant à prédire les hétérogénéités de déformation au travers d'un agrégat polycristallin. De telles simulations peuvent impliquer des déformations de l'ordre de 100% et il est donc courant que les éléments finis se détériorent imposant une procédure de remaillage. Lors d'un remaillage, il faut que les variables d'état soient estimées aux points d'intégration du nouveau maillage en fonction de leurs valeurs connues aux points d'intégration de l'ancien maillage. Si une simple interpolation spatiale est adaptée pour certaines variables, ce n'est par contre pas le cas des variables qui décrivent l'évolution de l'orientation du réseau cristallin local. Le rôle de l'étudiant sera de mettre en oeuvre des simulations par éléments finis comprenant un ou plusieurs remaillages tout en conservant les caractéristiques microstructurales (p.ex. la géométrie des joints de grains). Le remaillage sera d'abords appliqué dans des situations où il n'est pas indispensable de façon à évaluer son effet par rapport aux résultats de ces mêmes simulations réalisées cette fois sans remaillage.
Les alliages de titane sont fréquemment utilisés dans l'industrie aéronautique du fait de leurs propriétés mécaniques remarquables. Ces propriétés sont le résultat de mécanismes relativement méconnus intervenant à l'échelle microscopique. Le microscope électronique à balayage permet d'observer l'évolution de la microstructure en cours de déformation. En particulier, il permet de mesurer le changement de forme des grains ainsi que la réorientation du réseau cristallin au sein de chaque grain. Le rôle de l'étudiant sera de proposer une méthode nouvelle pour l'analyse statistique des microstructures. Il s'inspirera d'une technique de caractérisation existante qui a donné de bons résultats pour les alliages d'aluminium. A la différence de l'aluminium qui présente une symétrie cristalline cubique faces centrées (cfc), les alliages de titane considérés présentent une symétrie hexagonale. Cette différence s'accompagne d'une plus forte anisotropie de la réponse mécanique à l'échelle du grain. Le travail consiste donc en une campagne d'essais expérimentaux ainsi qu'en la programmation (mathlab, C, ou ...) d'un programme l'analyse des résultats.
Les composites à matrice polymère renforcée par des fibres courtes ou des inclusions ont des applications extrêmement variées dans toutes sortes de produits (automobile, téléphones portables, appareils électriques, etc.) à cause des propriétés uniques qu'on peut obtenir en combinant des matériaux différents. Le but d'une modélisation micro-mécanique de ces composites est de prédire l'influence de leur micro-structure sur les propriétés macroscopiques. C'est un problème très intéressant aussi bien scientifiquement que du point de vue de ses applications industrielles. Les modèles d'homogénéisation par champs moyens constituent une approche micro-mécanique très efficace. Ils reposent sur des hypothèses simplificatrices et permettent une estimation approximative (quoique souvent précise) des moyennes de déformations et de contraintes par phase, mais ne prédisent pas les champs détaillés en tout point de la micro-structure. Cependant, des résultats récents permettent de calculer la variance de certains champs micro, i.e. leur écart par rapport à la moyenne. Pour un composite de base (deux phases, inclusions identiques et alignées) on peut calculer la variance des champs de contrainte et de déformation par phase. Pour un composite à fibres courtes non-alignées (typiquement produit par moulage par injection) on peut calculer la variance des rigidités des pseudo-grains (chacun étant un composite à deux phases de base). Dans ce TFE, on implémentera ces nouveaux résultats concernant la variance. On cherchera à étudier et interpréter leurs prédictions. Quelles informations peut-on avoir sur les fluctuations intra-phase? Peut-on en déduire un meilleur choix de modèles d'homogénéisation? Le sujet convient à un(e) étudiant(e) qui s'intéresse à la modélisation et la simulation numérique. On collaborera avec la société e-Xstream engineering (www.e-xstream.com), une spinoff de l'UCL qui développe le logiciel DIGIMAT (pour Digital Materials).
Les composites à matrice polymère renforcée par des fibres courtes ou des inclusions ont des applications extrêmement variées dans toutes sortes de produits (automobile, téléphones portables, appareils électriques, etc.) à cause des propriétés uniques qu'on peut obtenir en combinant des matériaux différents. Le but d'une modélisation micro-mécanique de ces composites est de prédire l'influence de leur micro-structure sur les propriétés macroscopiques. C'est un problème très intéressant aussi bien scientifiquement que du point de vue de ses applications industrielles. Les modèles d'homogénéisation par champs moyens constituent une approche micro-mécanique très efficace. Ils reposent sur des hypothèses simplificatrices et permettent une estimation approximative (quoique souvent précise) des moyennes de déformations et de contraintes par phase, mais ne prédisent pas les champs détaillés en tout point de la micro-structure. On peut dire que ces modèles fonctionnent bien tant qu'il n'y a pas endommagement ou rupture. En réalité, la rupture est une question très compliquée, car elle peut être due à un ou plusieurs facteurs: endommagement et fissuration de la matrice, rupture des fibres, déchaussement (« pull-out ») des fibres, décohésion fibres/matrice. Le but de ce TFE est d'étudier quelques modèles simples de rupture basés sur la micro-mécanique. On considérera des thermoplastiques renforcés par des fibres courtes de verre non-alignées (produits par moulage par injection), et on modélisera leur réponse sous impact ou fatigue. On étudiera des modèles de rupture micro et macro. On confrontera les prédictions à des résultats expérimentaux que l'on trouvera dans la littérature. Le sujet convient à un(e) étudiant(e) qui s'intéresse à la modélisation et la simulation numérique. Le TFE peut être scindé en deux : un pour la rupture sous impact et l'autre pour la fatigue. On collaborera avec la société e-Xstream engineering (www.e-xstream.com), une spinoff de l'UCL qui développe le logiciel DIGIMAT (pour Digital Materials).
Vous trouverez les renseignements à propos de ce TFE à l'adresse suivante : http://www.mema.ucl.ac.be/~vl/documents/memos0708.pdf
Assistant en charge du mémoire : Richard Comblen Vous trouverez les renseignements à propos de ce TFE à l'adresse suivante : http://www.mema.ucl.ac.be/~vl/documents/memos0708.pdf
Assistant en charge du mémoire : Paul-Emile Bernard Vous trouverez les renseignements à propos de ce TFE à l'adresse suivante : http://www.mema.ucl.ac.be/~vl/documents/memos0708.pdf
Assistant en charge du mémoire : Sébastien Blaise Vous trouverez les renseignements à propos de ce TFE à l'adresse suivante : http://www.mema.ucl.ac.be/~vl/documents/memos0708.pdf
Assistant en charge du mémoire : Richard Comblen Vous trouverez les renseignements à propos de ce TFE à l'adresse suivante : http://www.mema.ucl.ac.be/~vl/documents/memos0708.pdf
Assistant en charge du mémoire : Olivier Lietaer Vous trouverez les renseignements à propos de ce TFE à l'adresse suivante : http://www.mema.ucl.ac.be/~vl/documents/memos0708.pdf
Assistant en charge du mémoire : Jonathan Lambrechts Vous trouverez les renseignements à propos de ce TFE à l'adresse suivante : http://www.mema.ucl.ac.be/~vl/documents/memos0708.pdf
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Assistant en charge du mémoire : Martin Vancoppenolle Vous trouverez les renseignements à propos de ce TFE à l'adresse suivante : http://www.mema.ucl.ac.be/~vl/documents/memos0708.pdf
Assistant en charge du mémoire : Sylvain Bouillon Vous trouverez les renseignements à propos de ce TFE à l'adresse suivante : http://www.mema.ucl.ac.be/~vl/documents/memos0708.pdf
Assistant en charge du mémoire : Martin Vancoppenolle Vous trouverez les renseignements à propos de ce TFE à l'adresse suivante : http://www.mema.ucl.ac.be/~vl/documents/memos0708.pdf
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Lun des moyens les plus efficaces pour contrôler l'écoulement de fluides conducteurs consiste à exercer des champs magnétiques continus de diverses sortes ("verticaux", "horizontaux" ou "configurés"). Ces champs, dits "rigides", ont pour effet de freiner l'écoulement et de réduire sa turbulence par la force de Lorentz exercée sur les courants de Foucault induits. Cette technique est indispensable en croissance de silicium monocristallin par le procédé Czochralski car elle permet de faire croître des monocristaux de silicium de grand diamètre (300 mm, typiquement). Un logiciel de simulation numérique par éléments finis (FEMAG) a été développé à lunité MEMA depuis plusieurs années pour prédire dynamiquement les transferts thermiques dans le four de croissance ainsi que lécoulement de semi-conducteur fondu dans le bain et la qualité du cristal tiré. Alors que FEMAG fait des calculs axisymétriques, un second logiciel (COMED) réalisant l'extension à un modèle 3D est actuellement développé en MEMA. La résolution de problèmes 3D réalistes nécessite l'utilisation de plusieurs d'ordinateurs interconnectés (voir http://www.cism.ucl.ac.be). Schématiquement, le maillage d'éléments finis est partitionné et distribué sur les différents processeurs qui contribuent tous en même temps à l'assemblage et à la résolution du système global d'équations. Ces logiciels sont utilisés par les plus grandes sociétés productrices de monocristaux dans le monde. Le but du mémoire est, à partir de ces logiciels de calcul, de concevoir la configuration de champ magnétique la plus appropriée afin doptimiser lécoulement de silicium fondu en croissance de silicium monocristallin par le procédé Czochralski. Le travail permettra de faire des expérimentations numériques de même que certains développements basés sur la méthode des éléments finis.
La prédiction découlements avec frontières libres, comme on en rencontre dans un très grand nombre de procédés industriels, peut se faire suivant deux approches : dans le 1er cas, la surface libre est discrétisée et fait partie des inconnues du problème (on parle de méthode avec suivi dinterface) ; dans le 2ème cas, on introduit dans le système une inconnue supplémentaire, qui vaut 1 dans la zone occupée par le fluide et 0 en dehors de celle-ci, sans suivi dinterface. Dans la 1ère classe de méthodes, à laquelle ce mémoire se rattache, le réseau déléments finis doit être modifié pour accompagner la déformation de la frontière libre. Ces modifications de réseau peuvent consister en une déformation de celui-ci ou en un remaillage complet. Pour éviter des remaillages fréquents (qui génèrent du bruit numérique et sont consommateurs de temps de calcul), il faut plutôt déformer le réseau tant que la qualité des éléments déformés peut rester satisfaisante. Ces méthodes peuvent sappliquer à la croissance des monocristaux destinés à l'industrie microélectronique (le silicium monocristallin est aujourdhui le substrat de base pour les composantes électroniques et devient un substrat essentiel pour la conversion photovoltaïque). Dans ces procédés industriels, le facteur le plus difficile à contrôler pendant la croissance est lécoulement du bain de semi-conducteur fondu à partir duquel le cristal est tiré. Un logiciel de simulation numérique par éléments finis (FEMAG) a été développé à lunité MEMA depuis plusieurs années pour prédire dynamiquement les transferts thermiques dans le four de croissance ainsi que lécoulement de semi-conducteur fondu dans le bain et la qualité du cristal tiré. Alors que FEMAG fait des calculs axisymétriques, un second logiciel (COMED) réalisant l'extension à un modèle 3D est actuellement développé en MEMA. La résolution de problèmes 3D réalistes nécessite l'utilisation de plusieurs d'ordinateurs interconnectés (voir http://www.cism.ucl.ac.be). Schématiquement, le maillage d'éléments finis est partitionné et distribué sur les différents processeurs qui contribuent tous en même temps à l'assemblage et à la résolution du système global d'équations. Ces logiciels sont utilisés par les plus grandes sociétés productrices de monocristaux dans le monde.
Le but du mémoire consiste dans un premier temps à développer un module de calcul tridimensionnel de la puissance rayonnée depuis un résistor ohmique industriel typique, tout en tenant compte de la dépendance thermique de la conductivité électrique du résistor. Ces calculs reposeront sur la méthode des éléments finis. Ensuite, comme application, il est proposé de coupler de façon appropriée les calculs fournis par le module aux codes FEMAG (2D axisymétrique) et/ou COMED (3D), développés à lunité MEMA. A partir de là, il devrait être possible de concevoir une géométrie de résistor optimale pour la croissance de silicium monocristallin par le procédé Czochralski. Le logiciel de simulation numérique par éléments finis (FEMAG) a été développé depuis plusieurs années pour prédire dynamiquement les transferts thermiques dans le four de croissance ainsi que lécoulement de semi-conducteur fondu dans le bain et la qualité du cristal tiré. Alors que FEMAG fait des calculs axisymétriques, COMED réalise l'extension à un modèle 3D et est actuellement en développement en MEMA. La résolution de problèmes 3D réalistes nécessite l'utilisation de plusieurs d'ordinateurs interconnectés (voir http://www.cism.ucl.ac.be). Schématiquement, le maillage d'éléments finis est partitionné et distribué sur les différents processeurs qui contribuent tous en même temps à l'assemblage et à la résolution du système global d'équations. Ces logiciels sont utilisés par les plus grandes sociétés productrices de monocristaux dans le monde.
Les mono-cristaux de silicium (substrat principal des transistors) sont dans certains cas produits par le procédé de croissance par Zone Flottante, surtout en électronique de puissance. Il s'agit d'un procédé complexe étant donné tous les mécanismes en jeu (effets mécaniques et thermiques du chauffage par induction, transferts thermiques par rayonnement, convection et conduction, solidification et fusion aux interfaces liquide-solide). Pour mieux appréhender ce procédé, il est du plus haut intérêt d'analyser les écoulements plus simples de ponts liquides métalliques. Un dispositif expérimental a été précédemment conçu pour étudier l'écoulement d'une sphère liquide de mercure en micro-gravité soutenue par la pression magnétique d'un inducteur. Le travail aura pour principal objectif d'adapter ce dispositif à l'expérimentation dans des conditions de gravité terrestres. En particulier, il faudra développer une méthode d'expérimentation et de visualisation pour l'étude des ponts liquides métalliques et plus généralement des écoulements rotatifs de métaux fondus. Ceci comprendra le choix de l'alliage approprié et du système de mesure et de visualisation (par ex. par projection de particules à la surface du liquide ou par une technique de couplage électro-magnéto-hydrodynamique). Ensuite, il faudra mettre en place et tester le dispositif.
Le but du mémoire est, à partir dun logiciel de calcul axisymétrique (FEMAG), dun logiciel de calcul découlement tridimensionnel (COMED) et dun dispositif expérimental, tous trois existants et développés à lunité MEMA, dinvestiguer les régimes découlement en croissance du silicium monocristallin par le procédé Czochralski. Certaines améliorations du dispositif expérimental et certains développements numériques basés sur lapplication de la méthode des éléments finis pourraient être nécessaires en fonction des besoins.
Le but du mémoire est dutiliser un logiciel existant (FEMAG), développé à lunité MEMA, pour comparer les procédés de croissance par Zone Flottante et Czochralski pour le tirage de monocristaux de silicium destinés à la conversion photovoltaïque. Cette comparaison se fera par expérimentation numérique, en analysant des résultats de simulation et en tentant daméliorer les procédés concernés à partir de cette analyse. Certains développements numériques basés sur lapplication de la méthode des éléments finis pourraient être nécessaires en fonction des besoins.
Pour toute entreprise, disposer d'un modèle précis de son système de production est un avantage crucial pour sa bonne gestion. Un tel modèle est utilisé durant toutes les phases de vie du système de production. Au moment de sa création, le modèle permet de calibrer le système, les équipements qui le composent et son organisation. Une fois le système de production mis en place, le modèle aide les décisions opérationnelles au jour le jour telles que la charge de travail et son ordonnancement, ou la prédiction de la date de livraison à un client. Cependant, développer des modèles fidèles reste une vraie difficulté. En pratique, les temps de travail à chaque poste du système de production sont souvent aléatoires. Dans de tels cas, la distribution du temps de travail peut être approximée par une distribution dite de type phase, c'est-à-dire par une combinaison de distributions exponentielles, et le système de production peut alors être modélisé par une chaîne de Markov. Dans ce travail, nous proposons d'étudier la méthode de décomposition. Cette technique décompose le système de production en plusieurs sous-systèmes, les analyse isolément, et regroupe ensuite les résultats itérativement pour modéliser le système global. De cette façon, en résolvant un plus grand nombre de sous-problèmes mais des problèmes plus simples, le système global peut être analysé nettement plus rapidement, mais approximativement. A l'origine, à la fin des années 1980, cette méthode a été développée pour les lignes de production. Après l'étude de la méthode, le but final de ce travail est de généraliser la méthode de décomposition à une configuration de système plus complexe : la ligne d'assemblage/désassemblage.
Le Yield Management ou Revenue Management est une technique d'optimisation ayant pour but de maximaliser le mix de revenus d'une entreprise. Existant depuis plus de vingt ans dans le domaine des transports et du tourisme (hôtels, compagnies aériennes ) il permet entre autre de déterminer un niveau de réserve pour un service donné (dans le cas des hôtels, on réserve une capacité de chambres à vendre en dernière minute à prix élevé, pour des clients de type business. Les clients en vacances, réservant eux à l'avance, à prix réduit). Dans le cas du Manufacturing, on définit une réserve de stock ou de capacité de production de telle sorte que l'on puisse vendre cette réserve à un prix plus élevé, tout en évitant les invendus. Le Yield Management permet entre autre de calculer le niveau de réserve optimale ainsi que le prix idéal de réserve afin de maximiser le mix de revenus. Le niveau de réserve est dynamique et évolue avec l'avancement des commandes sur une période donnée. L'objectif de l'étude sera de faire une recherche sur l'application des techniques de Yield Management dans le secteur de l'industrie, et de les appliquer dans le cas concret d'une société allemande fabriquant des plaques de friction utilisées dans des lignes de laminage.
Le mémoire se ferait en collaboration avec le pôle simulation et optimisation de la direction de la recherche de Gaz de France. Idéalement le mémoire serait à combiner avec un stage chez Gaz de France à Paris. Il y a diverses problématiques qui intéressent le pôle simulation et optimisation. Il s'agit de modéliser divers aspects ayant trait à l'exploitation, le dimensionnement et l'optimisation du réseau de transport de gaz en France et d'en faire une implémentation informatique en c++.
Le supply chain management constitue une approche transversale à la gestion du mouvement des matériaux, flux d'information et des produits finis, de la source au consommateur final. Comme les entreprises ont tendance à se focaliser sur leur compétences de base et à devenir de plus en plus flexible, elles réduisent leur possession de matières premières et des canaux de distribution. Cela contribue à accroître le nombre d'entreprises qui vont participer à la satisfaction de la demande du client. L'objectif du supply chain management est d'améliorer la confiance et la collaboration entre les partenaires d'une chaîne d'approvisionnement afin d'augmenter la visibilité et la vitesse des stocks. La variabilité dans les flux entre participants dans une chaîne d'approvisionnement est une source de coût importante. Il s'agit dans le mémoire de contribuer au développement de modèles pour pouvoir prévoir cette variabilité en fonction des décisions qui sont prises par les participants.
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5/01/2010
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