Le Réacteur à Haut Flux (RHF) de l'Institut Laue-Langevin (ILL), uniquement dédié à la recherche fondamentale, produit le flux continu de neutrons thermiques le plus intense au monde, soit 1.5 1015 neutrons par seconde et par cm2, avec une puissance thermique de 58 MW. Ce réacteur possède un cœur constitué d'un élément combustible unique en uranium très enrichi. Dans le cadre d'une étude sur le comportement des éléments combustibles après irradiation, l'ILL souhaite développer un dispositif capable d'aller mesurer la largeur du canal d'eau. Cette mesure permettra de caractériser le gonflement des plaques, inhérent à l'irradiation, ainsi que les modifications de structure (corrosion, décollement,…). Cependant, cette mesure de distance est délicate puisqu'une résolution de l'ordre du micromètre est recherchée alors que la dimension de l'espace inter-plaques est proche du millimètre. Les contraintes d'accès sont également difficiles du fait que l'élément combustible est placé à environ 5 m sous la surface de l'eau. En outre, tous les systèmes sont soumis à de fortes radiations. Basés sur des méthodes magnétiques, capacitives ou optiques, des dispositifs permettent aujourd'hui de mesurer des distances avec une résolution nanométrique et avec des fonctionnalités pouvant être adaptées dans des conditions de températures et de pression difficiles. Ces méthodes ne peuvent cependant pas être appliquées à des systèmes fortement radiatifs ou en immersion. Afin de répondre à cette problématique, deux transducteurs ultrasonores fonctionnant en émission-réceptions ont été conçus, étudiés et ensuite développés dans le cadre de cette thèse. Ces transducteurs sont montés sur une lame en acier inoxydable de 1 mm d'épaisseur afin d'autoriser l'accès à l'espace inter-plaques. Du fait de la haute résolution recherchée, les transducteurs sont excités à une fréquence au-delà de 120 MHz et intégrés dans un ensemble d'instruments de mesure comprenant un système d'acquisition haute fréquence, un traitement de signal de haute précision et une électronique spécifique développée pour améliorer le signal d'excitation.Connaissant la vitesse du son dans l'eau et l'épaisseur de la lame, les transducteurs mesurent la distance inter-plaque à partir de la détermination du temps de vol entre l'émission d'un pulse ultrasonore et la réception des échos réfléchis sur la surface de chacune des plaques. Deux expériences in-situ conduisant à une série de mesure de distance inter-plaque ont été réalisées au sein de l'élément combustible irradié du réacteur à haut flux. / The fuel elements of High Performance and Research Reactors are usually made of plates instead of rods. During irradiation, the fuel plates undergo limited swelling and an oxide layer appears on the outer surface of the cladding. However, measuring the inter-plate distance of such fuel elements isn't trivial mainly because of the requested resolution in constraint geometry. Indeed while the typical dimensions of the water channel between plates is close to two millimeter, a resolution of one micron is needed to characterize any fuel plate swelling. In order to perform such measurements, we designed a robust device based upon high frequency ultrasonic probes and adapted to the high radiation environment. It was thinned until 1 mm in order to be inserted into the 1.8 mm width water channel. To achieve the expected resolution, the system is excited with frequencies up to 120 MHz. Thanks to a highly performing signal processing; distance measurement is carried out through the ultrasonic waves' time of flight. One of the crucial points is then the evaluation of the local water temperature inside the water channel. To obtain a precise estimation of this parameter, the ultrasonic sensor is used as a thermometer thanks to the analysis of the spectral components of the acoustic signal propagating inside the sensor multilayered structure. The feasibility of temperature and distance measurement has already been proved with success on a full size irradiated fuel element of the RHF. Some experimental constraints were identified to improve the accuracy of the measurement system in future works.

L'objectif poursuivi dans ce travail de thèse est la réalisation d'un dispositif capable d'interpréter une parole normalement articulée mais non vocalisée, permettant ainsi la " communication parlée silencieuse ". Destiné, à terme, à être léger et portatif, ce dispositif pourrait être utilisé d'une part, par une personne ayant subi une laryngectomie (ablation du larynx suite à un cancer), et d'autre part, pour toute communication, soit dans un milieu où le silence est requis (transport en commun, opération militaire, etc.), soit dans un environnement extrêmement bruité. Le dispositif proposé combine deux systèmes d'imagerie pour capturer l'activité de l'appareil vocal pendant " l'articulation silencieuse " : l'imagerie ultrasonore, qui donne accès aux articulateurs internes de la cavité buccale (comme la langue), et la vidéo, utilisée pour capturer le mouvement des lèvres. Le problème traité dans cette étude est celui de la synthèse d'un signal de parole " acoustique ", uniquement à partir d'un flux de données " visuelles " (images ultrasonores et vidéo). Cette conversion qualifiée ici de " visuo-acoustique ", s'effectue par apprentissage artificiel et fait intervenir quatre étapes principales : l'acquisition des données audiovisuelles, leur caractérisation, l'inférence d'une cible acoustique à partir de l'observation du geste articulatoire et la synthèse du signal. Dans le cadre de la réalisation du dispositif expérimental d'acquisition des données, un système de positionnement de la sonde ultrasonore par rapport à la tête du locuteur, basé sur l'utilisation combinée de deux capteurs inertiaux a tout d'abord été conçu. Un système permettant l'enregistrement simultané des flux visuels et du flux acoustique, basé sur la synchronisation des capteurs ultrasonore, vidéo et audio par voie logicielle, a ensuite été développé. Deux bases de données associant observations articulatoires et réalisations acoustiques, contenant chacune environ une heure de parole (continue), en langue anglaise, ont été construites. Pour la caractérisation des images ultrasonores et vidéo, deux approches ont été mises en œuvre. La première est basée sur l'utilisation de la transformée en cosinus discrète, la seconde, sur l'analyse en composantes principales (approche EigenTongues/EigenLips). La première approche proposée pour l'inférence des paramètres acoustiques, qualifiée de " directe ", est basée sur la construction d'une " fonction de conversion " à l'aide d'un réseau de neurones et d'un modèle par mélange de gaussiennes. Dans une seconde approche, qualifiée cette fois " d'indirecte ", une étape de décodage des flux visuels au niveau phonétique est introduite en amont du processus de synthèse. Cette étape intermédiaire permet notamment l'introduction de connaissances linguistiques a priori sur la séquence observée. Elle s'appuie sur la modélisation des gestes articulatoires par des modèles de Markov cachés (MMC). Deux méthodes sont enfin proposées pour la synthèse du signal à partir de la suite phonétique décodée. La première est basée sur une approche par concaténation d'unités ; la seconde utilise la technique dite de " synthèse par MMC ". Pour permettre notamment la réalisation d'adaptations prosodiques, ces deux méthodes de synthèse s'appuient sur une description paramétrique du signal de parole du type "Harmonique plus Bruit" (HNM).