This work deals with module of the FITkit platform, which makes it able to play sound files like mp3, ogg, etc. The module also adds to FITkit some new peripherals: color LCD display with touch screen and USB interface, by which we can connect flash drive.

<p dir="ltr">High-power microwave (HPM) devices are generally vacuum-based devices that transform electron beam energy into microwaves with peak powers above 100 MW from 1-300 GHz. Solid-state HPM devices provide more compactness and greater reliability while consuming less power. Nonlinear transmission lines (NLTLs) provide a solid-state alternative to HPM generation by sharpening the input pulses from a pulse forming network to create output oscillations.</p><p dir="ltr">The first section of this dissertation evaluates and explores the feasibility of using nonlinear composites containing ferroelectric (e.g., Ba_2/3Sr_1/3TiO₃, BST) and/or ferromagnetic (e.g., Ni_1/2Zn_1/2Fe₂O₄, NZF) inclusions in a linear polymer host (polydimethylsiloxane, PDMS) to tune NLTL properties for HPM applications. Appropriately modelling and designing NLTLs using nonlinear composites require accurately characterizing their linear and nonlinear electromagnetic properties. We first studied the electromagnetic properties of the composites using theoretical, numerical, and experimental approaches. Incorporating these composite models and characterizations into NLTL simulations will be discussed.</p><p dir="ltr">Vacuum-based HPM devices, such as magnetrons and crossed-field amplifiers, generally operate in the space-charge-limited region, which corresponds to the maximum current possible for insertion into the device. This motivated studying the space-charge-limited current and electron flow in a two-dimensional (2D) planar diode with various crossed-magnetic fields using particle-in-cell (PIC) simulations. For non-magnetically insulated diodes (electrons emitted from the cathode can reach the anode), analytical and/or semi-empirical solutions are derived for electrons with nonzero monoenergetic initial velocity that agree well with PIC simulations. For magnetically insulated conditions, we developed new metrics using simulations and analytic theories to assess electron cycloidal and Brillouin flow to understand the implications of increasing injection current for 2D diodes. These analyses provide details on the operation of these devices at high currents, particularly virtual cathode operation, that may elucidate behavior near their limits of operation.</p>

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La dynamique moléculaire ab-initio est utilisée pour étudier les verres de chalcogénures GeS2 et GeS2 dopés de formule (M2S)0.33(GeS2)0.66 M=Na,Ag. Une nouvelle méthode théorique d'analyse de la connectivité des matériaux amorphes est proposée en utilisant les recherches d'anneaux. L'effet de la vitesse de trempe sur les propriétés physiques des verres GeS2 est analysé. L'analyse de l'ordre à moyenne et courte portée révèle l'existence d'une vitesse de trempe maximale au dessus de laquelle la structure du matériau est trop proche de celle du liquide. Ceci est confirmé par les résultats des recherches d'anneaux qui permettent également de mettre en avant des différences fondamentales entre les connectivités des phases liquides et vitreuses du GeS2. Enfin la présence de zones chargées est confirmée dans les matrices vitreuses de GeS2, même aux plus basses vitesses de trempe. Les conditions nécessaires à la diffusion des atomes de sodium dans les matrices vitreuses (Na2S)0.33(GeS2)0.66 sont étudiées. Lorsque la diffusion apparaît le déplacement des atomes de sodium semble devenir coopératif. Des essais de paramétrisation sont réalisés pour tenter de modéliser les verres de chalcogénures (Ag2S)0.33(GeS2)0.66 et GeS2 à l'aide du code SIESTA.

Cette thèse propose différentes méthodes théoriques et numériques pour simuler à coût réduit le comportement des plasmas ou des faisceaux de particules chargées sous l'action d'un champ magnétique fort. Outre le champ magnétique externe, chaque particule est soumise à un champ électromagnétique créé par les particules elles-mêmes. Dans les modèles cinétiques, les particules sont représentées par une fonction de distribution f(x,v,t) qui vérifie l'équation de Vlasov. Afin de déterminer le champ électromagnétique, cette équation est couplée aux équations de Maxwell ou de Poisson. L'aspect champ magnétique fort est alors pris en compte par un adimensionnement adéquat qui fait apparaître un paramètre de perturbation singulière 1/ε. Le premier chapitre de cette thèse est une introduction à la fusion contrôlée par confinement magnétique dans les Tokamaks. Le second chapitre est consacré à la théorie gyrocinétique géométrique. Cette théorie repose sur la géométrie différentielle et la dynamique des systèmes hamiltoniens. L'objectif est de faire une succession de changements de coordonnées afin de se ramener à un système proche du centre-guide historique dans lequel les expressions de la matrice de Poisson et du Hamiltonien permettent une réduction de la dimension des trajectoires. Le chapitre 3 met en pratique les mêmes techniques sur un autre problème, la modélisation paraxiale d'un faisceau de particules chargées. Le dernier chapitre est dédié à un schéma numérique basé sur un intégrateur exponentiel en vitesse. Ce schéma a pour objectif d'approcher numériquement des solutions fortement oscillantes avec une méthode Particle-In-Cell en utilisant un pas de temps beaucoup plus grand que la période d'oscillation rapide. Il est testé sur une équation de Vlasov linéaire ainsi que sur le système de Vlasov-Poisson.

Dans une première partie, nous définissons plusieurs schémas de compression en partant de l'état de l'art qu'est JPEG 2000 aujourd'hui. Les schémas de compressions que nous avons définis proposent d'utiliser une transformation pour la réduction de la redondance spatiale transformée en ondelette discrète (TOD) et une autre transformation pour réduire la redondance spectrale. Les transformations optimales sous les hypothèses faible distortion, permettant de réduire la redondance spectrale, s'obtiennent dans certains cas en minimisant un critère qui peut être interprété comme le critère de l'analyse en composantes indépendantes (ACI) (minimisation de l'information mutuelle) additionné d'un terme toujours positif ou nul qui est une certaine mesure à l'orthogonalité de la transformation obtenue. Les performances obtenues en intégrant ces transformations dans nos schémas de compression montrent une amélioration des performances en comparaison à la transformation de Karhunen Loève (TKL). Dans la deuxième partie, nous proposons un modèle de mélange convolutif pour rechercher une transformation unique réduisant à la fois les redondances spatiales et spectrales. Nous définissons le critère à minimiser sous les hypothèses faibles distortions et nous montrons que ce critère peut s'interprété comme celui de l'ACI pour la séparation et déconvolution lorsque le critère à minimiser est l'information mutuelle auquel s'additionne un terme toujours positif ou nul. Puis nous proposons deux algorithmes permettant d'obtenir d'une part la transformation minimisant le critère dans le cas général, et d'autre part celle qui minimise le critère sous la contrainte que la distorsion dans le domaine transformée est la même que celle du domaine de l'image.

Dans cette thèse, nous nous intéressons à la résolution parallèle de grands systèmes linéaires creux. Nous nous focalisons plus particulièrement sur les solveurs linéaires creux hybrides directs itératifs tels que HIPS, MaPHyS, PDSLIN ou ShyLU, qui sont basés sur une décomposition de domaine et une approche « complément de Schur ». Bien que ces solveurs soient moins coûteux en temps et en mémoire que leurs homologues directs, ils ne sont néanmoins pas exempts de surcoûts. Dans une première partie, nous présentons les différentes méthodes de réduction de la consommation mémoire déjà existantes et en proposons une nouvelle qui n’impacte pas la robustesse numérique du précondionneur construit. Cette technique se base sur une atténuation du pic mémoire par un ordonnancement spécifique des tâches de calcul, d’allocation et de désallocation des blocs, notamment ceux se trouvant dans les parties « couplage » des domaines.Dans une seconde partie, nous nous intéressons à la question de l’équilibrage de la charge que pose la décomposition de domaine pour le calcul parallèle. Ce problème revient à partitionner le graphe d’adjacence de la matrice en autant de parties que de domaines désirés. Nous mettons en évidence le fait que pour avoir un équilibrage correct des temps de calcul lors des phases les plus coûteuses d’un solveur hybride tel que MaPHyS, il faut à la fois équilibrer les domaines en termes de nombre de noeuds et de taille d’interface locale. Jusqu’à aujourd’hui, les partitionneurs de graphes tels que Scotch et MeTiS ne s’intéressaient toutefois qu’au premier critère (la taille des domaines) dans le contexte de la renumérotation des matrices creuses. Nous proposons plusieurs variantes des algorithmes existants afin de prendre également en compte l’équilibrage des interfaces locales. Toutes nos modifications sont implémentées dans le partitionneur Scotch, et nous présentons des résultats sur de grands cas de tests industriels. / In this thesis, we focus on the parallel solving of large sparse linear systems. Our main interestis on direct-iterative hybrid solvers such as HIPS, MaPHyS, PDSLIN or ShyLU, whichrely on domain decomposition and Schur complement approaches. Althrough these solvers arenot as time and space consuming as direct methods, they still suffer from serious overheads. Ina first part, we thus present the existing techniques for reducing the memory consumption, andwe present a new method which does not impact the numerical robustness of the preconditioner.This technique reduces the memory peak by doing a special scheduling of computation, allocation,and freeing tasks in particular in the Schur coupling blocks of the matrix. In a second part,we focus on the load balancing of the domain decomposition in a parallel context. This problemconsists in partitioning the adjacency graph of the matrix in as many domains as desired. Wepoint out that a good load balancing for the most expensive steps of an hybrid solver such asMaPHyS relies on the balancing of both interior nodes and interface nodes of the domains.Through, until now, graph partitioners such as MeTiS or Scotch used to optimize only thefirst criteria (i.e., the balancing of interior nodes) in the context of sparse matrix ordering. Wepropose different variations of the existing algorithms to improve the balancing of interface nodesand interior nodes simultaneously. All our changes are implemented in the Scotch partitioner.We present our results on large collection of matrices coming from real industrial cases.

Cette thèse propose différentes méthodes théoriques et numériques pour simuler à coût réduit le comportement des plasmas ou des faisceaux de particules chargées sous l’action d’un champ magnétique fort. Outre le champ magnétique externe, chaque particule est soumise à champ électromagnétique créé par les particules elles-mêmes. Dans les modèles cinétiques, les particules sont représentées par une fonction de distribution f(x,v,t) qui vérifie l’équation de Vlasov. Afin de déterminer le champ électromagnétique, cette équation est couplée aux équations de Maxwell ou de Poisson. L’aspect champ magnétique fort est alors pris en compte par un dimensionnement adéquat qui fait apparaître un paramètre de perturbation singulière 1/ε. / This thesis is devoted to the study of charged particle beams under the action of strong magnetic fields. In addition to the external magnetic field, each particle is submitted to an electromagnetic field created by the particles themselves. In kinetic models, the particles are represented by a distribution function f(x,v,t) solution of the Vlasov equation. To determine the electromagnetic field, this equation is coupled with the Maxwell equations or with the Poisson equation. The strong magnetic field assumption is translated by a scaling wich introduces a singular perturbation parameter 1/ε.

Les phases préliminaires du processus de conception sont celles qui influencent le plus le résultat. Elles sont caractérisées par l’incertitude : le processus ne peut être précisément défini à l’avance. L’approche Design Thinking est particulièrement adaptée pour gérer cette spécificité. L’introduction de supports numérique pendant ces phases de conception préliminaire a été identifiée comme une piste de recherche à fort potentiel. L’analyse de ces phases amont a permis de définir des postulats à partir desquels construire ces nouveaux supports numériques. Ces dispositifs sont constitués de deux surfaces tactiles, multi-utilisateurs ; une orientée horizontalement pour favoriser le foisonnement, l’autre orientée verticalement pour favoriser la focalisation. Par conséquence, ces plateformes ont été identifiées avec l’acronyme HOVER (HORizontale VERticale). La méthodologie de recherche comporte deux phases. Lors de la première phase, des expérimentations ont permis de comparer les dispositifs numériques avec les dispositifs actuels. Cette phase avait pour objectif de déterminer si les dispositifs numériques étaient acceptables dans la situation d’usage préconisée. Lors de la deuxième phase, les dispositifs numériques ont été testés dans des situations de travail réelles, afin de déterminer s’ils améliorent ces situations de travail. Ces expérimentations, ont été faites sur une spécifique plateforme HOVER, dénommés plateforme TATIN-PIC (Table Tactile Interactive –Plateforme Intelligente de Conception), construite à l’Université de Technologie de Compiègne. Les quatre expérimentations de la première phase ont révélées un niveau d’acceptabilité satisfaisant. En outre, cette phase permis d’identifier plusieurs pistes d’amélioration notamment au niveau des interactions homme-machines. La prise en compte des données collectées lors de cette phase a conduit à la conception d’une nouvelle version des dispositifs numériques. Cette nouvelle version, dénommée plateforme Digital Project Space (DPS), a été utilisée pour tester le dispositif dans des situations d’utilisation réelles. Les résultats de ces tests préliminaires montrent que les utilisateurs sont satisfaits des améliorations apportées par la plateforme DPS, et que ses performances, sont au pire, comparable aux meilleures prestations des supports papier actuellement disponibles. Des tests complémentaires sont néanmoins nécessaires pour avoir des résultats généralisables. Les perspectives sont de continuer la dissémination des dispositifs DPS dans la sphère productive afin d’obtenir des données quantitatives sur l’efficacité et l’efficience. L’objectif étant d’identifier des modèles prescriptifs de l’impact des dispositifs sur le processus de conception préliminaire. / The early preliminary phases of the design process are the most impactful on the final outcomes. However, they are ill defined, the path to follow is not clear. Design-thinking approaches are a good solution to tackle the incertitude of these phases. The introduction of computer tools during these phases has been identified as an interesting research path to explore. Through the analysis of these early preliminary design phases, a list of high-level assumptions has been made. These high-level assumptions delimited the perimeter of action for the design of a new kind of computer supported design platforms. These platforms are composed of two multi-touch, multi-users surfaces; one is horizontal to favor divergent thinking, while the other is vertical to favor convergent thinking. By this fact, I identified them with then name “HOVER” (HORizontal - VERtical) platforms. The preconized research methodology has two steps. The first step consists in the experimental comparison of the new tool with existing ones. The aim of this evaluation is to determine if HOVER platforms are applicable to the situation for which they have been designed. The second step consists in ethnographic observations of real case studies to establish if HOVER platforms have successfully improved the existing situation. This study has been conducted on a specific HOVER platform, the TATIN-PIC platform (French acronym for Table Tactile Interactive – Plateforme Intelligente de Conception) built at the Université de Technologie de Compiègne. The first step, composed of four quasi-experimental observations, showed a satisfying level of applicability. Besides, it provided multiple indications for the improvement of the HOVER platforms regarding Human Machine interactions. For example, it has confirmed the need for an interconnected vertical and horizontal surface, the need for a natural manipulation of intermediary objects, the need for a smooth circulation among design methods and, as well, the need for new design methods to be implemented. Thanks to these indications, a second version of a HOVER platform has been made. This improved platform, called Digital Project Space (DPS) platform, has been used for success evaluation in a real context. From these preliminary tests emerged that users are satisfied by the support of the DPS platform. Performances are in the worst-case scenario, as good as actual tools. Further and more accurate real case studies are needed to generalize these findings. This outlines the future perspectives, such as the definition of prescriptive models of the impact of such device on the early preliminary design phases. / Le fasi preliminari del processo di progettazione sono caratterizzate dall’incertezza, sia in termini di conoscenza che di azioni da compiere. Al contempo, pero, sono le fasi cruciali per il risultato globale del processo di progettazione. L’approccio Design Thinking è particolarmente adatto per le caratteristiche di queste fasi. L’introduzione di strumenti digitali durante il processo di progettazione preliminare è stata identificata come una pista di ricerca interessante da esplorare. L’analisi di queste fasi ha permesso di emettere una lista di postulati su cui progettare nuovi strumenti digitali. Questa classe di strumenti ha le sembianze di una piattaforma composta da due superfici tattili multi-utilizzatore; una è orizzontale per favorire il pensiero divergente, mentre l’altra è verticale per favorire il processo convergente. A causa di ciò, abbiamo deciso di identificare queste piattaforme con l’acronimo HOVER (HORizontal and VERtical). Il forte divario in termini di curva d’apprendimento tra i dispositivi esistenti (principalmente basati su carta) e le piattaforme HOVER, ha richiesto la definizione di una metodologia di ricerca adeguata. Questa metodologia ha inoltre il compito di garantire un rigore metodologico nell’approccio di ricerca. Due fasi di questa metodologia sono state eseguite. Nella prima fase, il nuovo dispositivo è comparato sperimentalmente con i dispositivi esistenti al fine di determinare se è applicabile alla situazione per cui è stato concepito. Nella seconda fase, il dispositivo è valutato in una situazione reale al fine di determinare se ha apportato, con successo, un miglioramento alla situazione esistente. Questi studi sono stati condotti su una specifica HOVER platform chiamata TATIN-PIC (acronimo francese per Table Tactile Interactive – Plateforme Intelligente de Conception), progettata e construita all’Université de Technologie de Compiègne. La prima fase, che ha visto quattro esperimenti, ha mostrato un livello di applicabilità soddisfacente, ha inoltre fornito molteplici piste di miglioramento in termini d’interazione uomo macchina. Grazie a questi feedback una seconda versione del dispositivo è stata creata. Tale versione, chiamata piattaforma Digital Project Space (DPS) è stata utilizzata per testare il successo del dispositivo in situazioni di reale utilizzo. Da questi test preliminari è emerso che gli utilizzatori sono rimasti soddisfatti dell’apporto fornito dal dispositivo, e che le performance sono nel caso peggiore equivalenti alla situazione attuale. Ulteriori e approfondite osservazioni di uso in situazioni reale sono necessarie per avere dei riscontri generalizzabili. Questo traccia gli scenari per il futuro; continuando la disseminazione nell’ambito industriale del dispositivo, sarà possibile ottenere dei riscontri quantitativi in termini diefficienza ed efficacia, grazie ai quali, estrapolare dei modelli prescrittivi dell’impatto del dispositivo sul processo di progettazione preliminare.

Ce travail de thèse a pour objectif l'étude des propriétés acoustiques de systèmes incorporant des plaques micro-perforées (MPP) et des matériaux absorbants sous forts niveaux d'excitation.Le premier chapitre traite des systèmes composés d'une MPP couplée à une cavité d'air et une paroi rigide. Un modèle analytique intégrant deux paramètres adimensionnels et un nombre de Mach optimal est présenté. La particularité de ce modèle est de décrire la variation du maximum du coefficient d'absorption (coefficient d'absorption à la résonance) avec l'augmentation du niveau d'excitation. Une formule proposée permet de prédire les variations du pic d'absorption avec le nombre de Mach acoustique.Les effets d'interaction entre les perforations sont étudiés sous forts niveaux d'excitation dans le deuxième chapitre. Un modèle basé sur l'approche fluide équivalent est proposé. Dans ce modèle, la tortuosité est corrigée pour prendre en compte les distorsions d'écoulement dues aux effets d'interaction entre perforations et aux effets de turbulence. Cette correction de tortuosité qui n'intègre permet de prédire le comportement de la réactance du système.Les multi-couches composés de MPP et de matériaux poreux sont l'objet d'étude du troisième chapitre. Chaque couche du système est modélisée à forts niveaux d'excitation suivant une loi de Forchheimer. Les différents matériaux sont décrits par la méthode de la matrice de transfert. Le cas où le multi-couche est directement collé à une paroi rigide et le cas où il y a une cavité d'air avant la paroi rigide sont examinés.Dans le dernier chapitre, l'étude sur la transparence acoustique à forts niveaux est initiée. Les perspectives de ce travail sont nombreuses et prometteuses pour l'acoustique des transports. / This work deals with the acoustical properties of systems incorporating Micro-Perforated Panels (MPP) and absorbing materials under high level of excitation.In the first chapter, absorbent systems composed of an air-cavity backed MPP are studied at high level of excitations. An analytical model involving two dimensionless parameters and an optimum Mach number is proposed. This model describes the behavior of the maximum of absorption coefficient (absorption coefficient at the resonance) with respect to the Mach number inside the perforations. A formula is proposed that predicts the variations of the absorption peak with the acoustical Mach number.In the second chapter, the holes interaction effects are studied theoretically and experimentally under high levels of excitations. Following an equivalent fluid approach, a model for which the tortuosity is corrected to account for the holes interaction effects coupled to the jet-like effects is developed. Multi-layered absorbents composed of MPP and porous materials are then studied under high level of excitations. The case where the multi-layers are directly attached to a rigid wall and the case where there is an air cavity before the rigid wall are examined. Forchheimer's law is used to model each medium of the multi-layer and the use of the transfer matrix method is made to account for these media.Sound transmission study under high level of excitation is introduced. The perspectives of this work are numerous and promising in the acoustics of transportation systems applications.