Etude sur la structure en par - fabriqué - Icam

Etude sur la structure en
treillis     fabriqué     par
impression       3D      pour
l’amélioration des transferts
thermiques
Dans le cadre du projet européen nous cherchons à développer
et optimiser un dissipateur thermique pour l’électronique de
puissance en utilisant la fabrication additive. Suite à une
étude numérique paramétrique, un modèle sera fabriqué et ses
performances thermiques seront évaluées et comparées au
système actuel.

L’objectif principal du projet européen RECET4RAIL est
d’introduire de nouvelles technologies dans le secteur
ferroviaire, afin d’améliorer les performances du système
ferroviaire à tous points de vue, tout en réduisant le coût
global d’exploitation du cycle de vie.

L’Icam est en charge du développement d’un nouveau dissipateur
thermique fabriqué par la fabrication additive. Une étude
paramétrique est déjà initiée sur trois géométries de
structures lattice élémentaire à différentes configurations de
fonctionnements.

Dans ce projet de recherche et dans un premier temps, vous
allez continuer cette étude paramétrique pour aider à choisir
le design final le plus efficace.

Dans un deuxième temps, et après la fabrication du premier
modèle expérimental, vous allez évaluer sa performance
thermique sur un banc expérimental à monter l’Icam.

Conception et réalisation
d’un banc expérimental afin
d’explorer la faisabilité du
stockage thermique par une
structure GNE/mélange binaire
aqueux
Le stockage d’énergie thermique est une solution permettant
d’augmenter l’efficacité, de diminuer la puissance à installer
et/ou d’améliorer l’intégration dans des smart grids de
systèmes énergétiques. L’intensification des systèmes de
stockage nécessite l’emploi de matériaux à changement de phase
(MCP). Ces MCP ont rarement des bonnes conductivités ce qui
entrave les performances du système de stockage (faible
puissance). Pour résoudre ce problème, il est proposé de
travailler avec des assemblages composites de MCP incorporés
dans une matrice conductrice. Le Graphite Naturel Expansé
(GNE) est un bon candidat pour faire office de matrice
conductrice. La température de stockage souhaitée sera le
critère déterminant pour le choix du MCP (huile, paraffine,
sucre, sel, etc.).

Cette technologie de stockage, pour des températures entre 40
°C et 120 °C, a déjà été explorée par nos équipes. Nous
cherchons à présent à explorer la faisabilité de stocker de la
chaleur à plus basse température (de -15 °C à 0 °C) pour des
applications frigorifiques ou de climatisations. Les mélanges
d’eau et d’antigel semblent être des bons MCP.

L’objectif du projet est de réaliser un système de stockage

expérimental composé d’une plaque de GNE baignant dans une
cuve remplie d’un mélange d’eau et d’antigel. Ce système
permettra de quantifier expérimentalement les performances que
l’on peut obtenir avec ces matériaux. Il permettra également
d’identifier de possibles verrous scientifiques qui pourraient
générer l’utilisation de cette technologie (surfusion,
délaminage par dilatation, etc.).

Projet Santé 4.0
La pandémie de la COVID a mis à jour les difficultés de
l’hôpital en termes de performance afin de mieux répondre aux
attentes des patients mais aussi aux conditions de travail des
soignants, ainsi qu’à la préservation de leur santé
(sécurité). L’Icam site de Paris Sénart a décidé de travailler
sur un thème de recherche très fort et en cohérence avec le
bassin de Grand Paris Sud : la santé 4.0. Il s’agit
d’introduire dans ces domaines les concepts de l’industrie 4.0
et de l’intelligence artificielle pour améliorer la
performance globale des hôpitaux. Ce projet porte sur
l’exploitation des nouvelles technologies et de l’intelligence
artificielle pour concevoir et réaliser des prototypes de
produits technologiques « low cost » ou outils pour les
soignants ou les patients.

Le mémoire proposé a pour but :

     d’aider au développement d’un dispositif de détection de
     bulles dans le sang lors d’opérations cardiaques
     réaliser un dispositif d’auto-évaluation de la
     polyarthrite rhumatoïde à l’aide d’outils connectés
     de réaliser une main connectée intelligente et low-cost
     de réaliser un dispositif d’audit intelligent du lavage
     de mains des soignants avant les opérations

chirurgicales

Ces thèmes seront traités par deux groupes et nécessite des
connaissances en IoT et en intelligence artificielle (Deep
learning, machine learning, réseau de neurones, etc.).

Projet DIGICOLDT (Logistique
urbaine)
La pandémie de la COVID a mis à jour les difficultés de
l’hôpital en termes de performance afin de mieux répondre aux
attentes des patients mais aussi aux conditions de travail des
soignants, ainsi qu’à la préservation de leur santé
(sécurité). L’Icam site de Paris Sénart a décidé de travailler
sur un thème de recherche très fort et en cohérence avec le
bassin de Grand Paris Sud : la santé 4.0. Il s’agit
d’introduire dans ces domaines les concepts de l’industrie 4.0
et de l’intelligence artificielle pour améliorer la
performance globale des hôpitaux. Ce projet porte sur
l’exploitation des nouvelles technologies et de l’intelligence
artificielle pour améliorer la performance logistique de
l’hôpital : Healthcare logistics 4.0.

Le mémoire proposé a pour but :

     d’aider au développement de l’outil d’aide à
     l’amélioration de la performance logistique globale de
     l’hôpital
     de réaliser sur un hôpital la validation des concepts
     développés à travers l’amélioration de performance
     de réaliser le jumeau virtuel de l’hôpital étudié
     (simulation détaillée).

Projet DIGICOLDT (Logistique
urbaine)
Grand Paris Sud est composée d’une vingtaine de communes sur
deux départements, l’Essonne et la Seine et Marne. Ce
territoire est un important bassin pour les entreprises de
logistique. De nombreuses plateformes se sont installées,
grâce à l’action de L’EPA de Sénart et de l’Agglomération de
Grand Paris Sud. Les entreprises du territoire sont pour la
plupart tournées vers le transport, la logistique, le
stockage, et le e-commerce. Le territoire du Grand Paris Sud
est un important bassin logistique dû à la proximité de Paris.
Le trafic routier est assez important sur le territoire de
Sénart (N104 et A5). L’axe de l’A5 est par exemple sujet à de
nombreuses congestions de véhicules. Des travaux de recherche
ont donc été lancés par l’Icam pour comprendre l’origine de
ces perturbations et proposer une solution soutenable de
transport de marchandises (alternative à la route), qui
satisfait les usagers, les citoyens, les collectivités
territoriales et les entreprises du territoire. Une plateforme
collaborative de co-création et co-innovation (DIGICOLDT) doit
être développée par l’Icam pour concevoir la solution faisant
consensus et s’adaptant au mieux au bassin de GPS. La méthode
mise en place pour ce développement est la méthode agile.

Le mémoire proposé a pour but :

     d’aider au développement de l’outil DIGICOLDT
     de réaliser la construction de solutions soutenables de
     transport alternatives à la route (étude complète)
     de réaliser l’enregistrement des solutions proposées par
     les acteurs du territoire (autorités locales, citoyens,
     entreprises)

de réaliser et améliorer les modèles de simulation de la
     situation actuelle et des scénarios d’amélioration
     (outils PTV VISSIM, Flexsim, Anylogic)

Entrepôt 4.0
L’Icam va implanter à partir de septembre prochain dans les
nouveaux bâtiments, une plateforme Logistique et Industrie du
futur écologique (LIFE). Deux lignes de production (depuis la
zone de stockage de matières premières jusqu’à celle de
stockage de produits finis) seront mises en place : une pour
la fabrication de cartes électroniques et l’autre pour celle
de petits robots.

Le mémoire proposé a pour but :

     d’aider à la mise en place technique de la plateforme
     concevoir et développer l’entrepôt 4.0 qui sera implanté
     dans la plateforme (Transstockeur)
     de résoudre des cas d’usages d’entreprises traités par
     l’Icam sur le concept d’entrepôt intelligent et
     automatisé
     de résoudre des cas d’usage d’entreprises intégrant
     l’utilisation de l’IoT dans la chaine logistique
     d’intégrer l’intelligence artificielle dans la
     résolution des cas d’usage d’entreprises
     de concevoir et développer le jumeau virtuel de cet
     entrepôt 4.0 avec exploitation des réalités immersives
     (virtuelle et augmentée)

Démonstrateur Logistique et
industrie du futur écologique
(LIFE)
L’Icam va implanter à partir de septembre prochain dans les
nouveaux bâtiments, une plateforme Logistique et Industrie du
futur écologique (LIFE). Deux lignes de production (depuis la
zone de stockage de matières premières jusqu’à celle de
stockage de produits finis) seront mises en place : une pour
la fabrication de cartes électroniques et l’autre pour celle
de petits robots.

Le mémoire proposé a pour but :

     d’aider à la mise en place technique de la plateforme
     de résoudre des cas d’usages d’entreprises traités par
     l’Icam pour l’optimisation de la performance
     industrielle d’une chaine de production (lean
     manufacturing, SMED, DMAIC)
     de résoudre des cas d’usage d’entreprises intégrant
     l’utilisation de robots mobiles et de cobots dans la
     chaine de production
     d’intégrer l’intelligence artificielle et les IoTs dans
     la résolution des cas d’usage d’entreprise
     de concevoir et réaliser d’une interface homme-machine
     pour faciliter la gestion de leurs missions communes

Déformations et contraintes
résiduelles en fabrication
additive métallique
La fabrication additive métallique permet la réalisation de
géométries non ou difficilement accessibles par des procédés «
classiques » de mise en forme. Mais la consolidation de
poudres ou de fils métalliques, que ce soit par refusion
(méthodes de fabrication additive par dépôt sous faisceau
haute énergie ou par refusion sur lit de poudre) ou frittage
(frittage sélectif sur lit de poudre, binder jetting, ou
extrusion de fil composite), pose des problèmes de stabilité
dimensionnelle en cours de fabrication. Les déformations,
voire les ruptures, apparaissent en cours de fabrication ou
juste à la fin. Ainsi, afin de fiabiliser la fabrication
additive métallique, il convient de déterminer les causes de
ces déformations, et de les quantifier afin de les prévoir et
de les corriger.

Le projet de cette période s’inscrit dans la continuité de
projets menés précédemment sur le procédé de fabrication
additive ADAM (atomic diffusion additive manufacturing). Ce
procédé est réalisé en deux étapes principales : la
fabrication de la géométrie par extrusion d’un fil composite,
constitué de particules métalliques enrobées dans un liant
polymère, puis le traitement thermique de déliantage
(élimination du liant) et frittage (consolidation des
particules métalliques entre elles).

Les paramètres que l’on a pu faire varier sont surtout liés à
l’extrusion du fil : sens de dépôt, épaisseur de couche, ratio
de paroi (pour une pièce pleine, rapport entre l’épaisseur de
paroi et l’épaisseur totale), géométrie globale, ainsi que la
nature de l’alliage déposé.
Les résultats obtenus montrent que les déformations sont

générées essentiellement lors du frittage, car le retrait
n’est pas véritablement isotrope.

Or les matériaux utilisés sont des matériaux qui nécessitent
des traitements thermiques pour garantir l’optimum de leurs
propriétés mécaniques. L’objectif du projet est désormais
d’étudier la réponse au traitement thermique (cumulé aux
opérations de mise en forme et frittage précédentes) en termes
de déformation et de propriétés mécaniques des matériaux mis
en oeuvre, à savoir le 17-4 pH et l’acier à outil A2. En
particulier, on s’attachera à comparer les propriétés de ces
matériaux obtenues via la fabrication d’éprouvettes, ou via le
prélèvement d’éprouvettes dans des pièces de géométrie
complexe (structures lattice par exemple).

Fabrication durable à partir
de poudres métalliques
La fabrication additive métallique permet la réalisation de
géométries non ou difficilement accessibles par des procédés «
classiques » de mise en forme et connaît un grand engouement
dans de nombreux secteurs industriels. Une majorité des
procédés utilise des poudres métalliques comme matériau de
départ. Mais l’obtention de ces poudres se fait par des
procédés relativement couteux énergétiquement et par
conséquent d’un point de vue environnemental.

Le projet est d’étudier la faisabilité de production de
poudres métalliques à partir de déchets métallurgiques. De
façon non chronologique, l’étudiant(e) abordera différents
aspects : identification des déchets et des procédés
utilisables (sur site et en général) ; expérimentation de
l’électrolyse de solutions chargées d’ions métalliques ;

analyse des consommations et des rejets de ce type de procédé
; étude des options technologiques pour former de petites
sphères à partir de ce procédé ; étude des options
technologiques pour broyer des copeaux ; expérimentation de
broyage, tamisage, et analyse des consommations du procédé.

Fabrication    et  étude   de
nouveaux matériaux biosourcés
Aujourd’hui, la très grande majorité des matériaux plastiques
a pour origine l’industrie pétrolière. Dans un contexte de
transition écologique et de réduction de la dépendance au
pétrole, la recherche de nouveaux matériaux        biosourcés
d’origine végétal e est en plein essor.

Les premiers matériaux biosourcés tels que le PLA offre de
premières alternatives aux plastiques usuels, cependant leurs
propriétés mécaniques et leurs durabilités s’avèrent
insuffisante s pour des applications plus techniques. Un autre
biopolymère végétal pourrait ajouter ces propriétés : La
Lignine.

Actuellement extraite en tant que déchet à hauteur de 70
millions de tonnes par les in dustries papetières et les
bioraffineries, la lignine offre de nouvelles opportunités
pour des plastiques plus respectueux de l’environnement.

L’objectif de ce projet de recherche est de valoriser la
lignine, afin de la substituer aux matériaux pétrosourcés
actuels.

En coopération avec l’Université de Lille chargé de la
transformation de la lignine, vous aurez à mettre en forme des

mélanges de biopolymères à l’aide d’une presse chauffante.
Puis de les caractériser afin de les comparer aux plastiques
du marché. Les paramètres de la presse ainsi que des
proportions en matières premières devront être optimisés afin
d’obtenir les meilleures performances.

Valorisation    de   plantes
issues de la culture sur sols
contaminés
Le déclin des industries sidérurgiques et minières, sur le
territoire du Nord de France, a engendré l’apparition de
friches, caractérisées par des contaminations variées. La
contamination des sols par les polluants organiques et
inorganiques est une problématique majeure. Des techniques
douces de remédiation, reposant sur l’utilisation de plantes
bioaccumulatrices, sont étudiées pour gérer ces sols,
notamment avec la culture de miscanthus et de chanvre.

Actuellement, la valorisation de ces plantes bioaccumulatrices
s’effectue par voie énergétique. Or, ces plantes peuvent être
sources de molécules d’intérêt et peuvent donc être valorisées
grâce à l’extraction de ces biomolécules fonctionnelles. Pour
extraire ces biomolécules, des procédés innovants, dits éco-
procédés, permettent d’obtenir de meilleurs rendements
d’extraction en utilisant moins de temps, des solvants sûrs,
moins d’énergie et en générant moins d’impacts
environnementaux.

En collaboration avec Junia-ISA et l’UMRt BioEcoAgro-Institut
Charles Viollette (Polytech’Lille-Université de Lille), le
projet de mémoire vise à identifier des voies de valorisation
des plantes à l’aide des techniques d’éco-extraction. Les
plantes nous sont fournies par le laboratoire Environnement
LGCgE-ISA. Trois éco-procédés d’extraction seront étudiés et
comparés à des extractions conventionnelles : l’extraction
assistée par ultrasons, l’extraction assistée par microondes,
et l’extraction assistée par microondes et ultrasons. Les
performances de ces procédés (rendements d’extraction,
activité des extraits, énergie consommée, impacts
environnementaux) en régime batch seront évaluées en cherchant
les conditions optimales répondant aux critères de rendement
et d’évaluation environnementale. Les extraits obtenus seront
analysés (spectrophotométrie UV-Visible) pour déterminer les
molécules présentes dans l’extrait ainsi que leur
concentration.

Couplage                       hydro-chimio-

mécanique dans les polymères
: Analyse expérimentale
Les polymères offrent de nouvelles opportunités dans un large
éventail d’applications notamment dans le traitement des eaux
usées, dans l’ingénierie biomédicale et dans le stockage
d’énergie. Dans la plupart de ces applications, un couplage
fort entre le comportement mécanique et l’environnement
chimique existe.

L’objectif de ce MSR est de caractériser le couplage hydro-
chimio-mécanique dans un polymère. En collaboration avec
l’Université de Lille, Il s’agira tout d’abord d’élaborer le
matériau sous forme d’éprouvette. Deux techniques seront
comparées, l’impression 3D et le moulage. Il s’agira ensuite
de caractériser expérimentalement le matériau afin d’établir
la relation élaboration-structure-propriétés. Les essais
seront conduits de manière découplée (effet de l’environnement
chimique et thermique) ou de manière couplée dans des machines
d’essais mécaniques de traction (monotones et cycliques) sous
différents environnements chimiques et thermiques.

Chaire Sens et                         Travail             –
Année 2021-2022
https://www.icam.fr/wp-content/uploads/2021/06/Msr-Besoins-Cha
ire-S1-2021-2022-1.m4v

Réalisation d’une plateforme
de recherche multi-énergies
connectée
L’Internet des objets ou Internet of Things (IoT) est un
domaine en pleine expansion. L’IoT est défini comme étant un
réseau d’objets interconnectés et communicant via différents
protocoles normalisés.
Le secteur de l’électricité vit actuellement une grande
mutation technologique. En effet, on est en train de passer
d’un monde où la consommation est prédictible et la production
planifiée à un monde où la production est difficilement
prévisible (énergies renouvelables intermittentes) et
l’exigence d’une consommation planifiée. Les objets connectés
offrent potentiellement la possibilité de rendre visible le
coût instantané de l’électricité. Ce qui permettra aux
gestionnaires d’énergie d’optimiser leurs réseaux en temps
réel.

Dans le cadre du projet LiveTree, l’Icam s’est doté d’un
système de production d’énergie par panneaux photovoltaïques
d’une puissance de 123 kWc ainsi qu’une batterie de stockage

électrochimique de 433kWh (figure 1). Il s’agit d’une
installation en autoconsommation avec stockage.
Typiquement, si la production d’origine photovoltaïque est
supérieure à la consommation, la batterie stocke le surplus
d’énergie qu’elle resitue lors de la phase nocturne afin, par
exemple, de recharger des voitures électriques.

Figure 1 : Description du Micro-réseau de l’Icam

Cette installation industrielle (échelle 1) présente néanmoins
l’inconvénient d’être peu utilisable pour l’expérimentation et
la recherche (puissances importantes, risques électriques,
etc).
Notre objectif est de développer une plateforme à échelle
réduite du Micro-réseau de l’Icam afin de pouvoir tester des
stratégies innovantes de gestion de l’énergie. L’architecture
de cette plateforme expérimentale est décrite par la figure
2.a.
À terme, les travaux de recherche envisagés auront pour
principale tâche de développer, de tester et de valider des
algorithmes de contrôle/commande sur la plateforme
expérimentale avant de les implémenter sur le démonstrateur
LiveTree. L’approche méthodologique est décrite par la figure
2.b.

Figure 2.a : Architecture de Plateforme Multi-énergies

Figure 2.b : L’approche de développement envisagée

Comme illustré sur la figure 2.a, on dispose à l’Icam des
équipements suivants :

     panneaux PV,
     un émulateur d’éolienne,
     un dispositif de stockage électrochimique,
     charges électriques,
     station météorologique,
     capteurs filaires
     automates industriels.

Cette plateforme est aujourd’hui instrumentée, et des
actionneurs tout ou rien ont été implémentés afin de basculer

entre les différents modes de fonctionnement.

L’un des objectifs de ce projet est de rendre cette plateforme
accessible aux chercheurs du groupe Icam via le Cloud comme
l’illustre la figure 3.

Figure 3 : Plateforme multi-énergies connectée.

Développement et réalisation
d’une      plateforme     de
caractérisation de matrice
capteurs à ondes acoustiques
de surface pour la détection

multivariée de gaz toxiques.
La pollution de l’air représente un enjeu de santé publique.
En effet, le dernier rapport de l’Agence Européenne de
l’Environnement (AEE) publié fin 2019, souligne que la plupart
des personnes qui vivent dans des villes européennes sont
exposées à de l’air de mauvaise qualité et que les
concentrations en polluants et notamment, en particules fines
tels que les oxydes d’azote (NOx), les composés organiques
volatils (COV)) et l’ozone (O3), continuent d’avoir
d’importantes répercussions sur l’état de santé des citoyens
européens, ce qui    conduit forcément à l’aggravation de
certaines pathologies chroniques telles que des maladies
cardiovasculaires et respiratoires … etc. Le contrôle de
l’environnement nécessite donc la mesure de ces différentes
espèces de gaz et particules par un ensemble de capteurs
spécifiques et sélectifs. Les dispositifs à ondes élastiques
de surface (SAW) sont des moyens de détection en plein essor à
la fois rapides, efficaces et peu coûteux. Ces dispositifs de
détection ont connu ces dernières années un développement
assez remarquable grâce aux demandes de contrôle dans
différents domaines tels que l’environnement, la santé, la
sécurité publique et industrielle.           L’étude de ces
dispositifs, dans le cadre de notre projet, est
particulièrement intéressante car elle vise à résoudre un
verrou technologique qui consiste à trouver un moyen de
développer une plateforme multicapteurs permettant la
discrimination de plusieurs types de gaz en même temps et ceci
grâce à l’utilisation de méthode d’intégration Bottom-Up de
molécules par méthode d’électropolymérisation.

Le mémoire proposé a pour but d’étudier les caractéristiques
électriques de capteurs à ondes acoustique de surface
organiques (SAW). Le / la stagiaire participera à la mise en
place d’un banc de mesure permettant la caractérisation
fréquencielle de ces capteurs en utilisant un analyseur de

réseau vectoriel (VNA). L’objectif est d’étudier le
comportement de ces capteurs à la suite d’une excitation
extérieur (exposition à des gaz), le stagiaire s’intéressera
en particulier à l’étude des paramètres S, S12 de transmission
et S11 de réflexion. Ces informations sont nécessaires pour
optimiser la fabrication de ces dispositifs, notamment au
moment de la fonctionnalisation des capteurs.

Nanofabrication Responsable
et Durable : aide à la
constitution   d’un  réseau
international
Dans le cadre du Projet européen H2020 NanoFabNet

Les nanotechnologies et la fabrication à l’échelle
nanométrique (nanofabrication) sont des technologies très
prometteuses     aux   applications   multiples    (énergie,
environnement, construction, alimentation, médecine, etc.).
Elles font néanmoins l’objet d’inquiétudes sanitaires,
environnementales et éthiques. Le projet européen H2020
NanoFabNet vise à promouvoir le décollage de la
nanofabrication à l’échelle européenne d’une manière durable
et responsable, par la création d’un réseau international
garantissant un haut niveau de certification dans les
différents domaines de la nanofabrication (aspects techniques
comme aspects sociétaux). L’ICAM y est responsable d’un grand
volet sur la « Durabilité globale », recouvrant les questions
de risques sanitaires et environnementaux, d’analyse de cycle
de vie, d’éthique et de gouvernance.

Le binôme MSR recruté aura pour mission une assistance à la
création du réseau international NanoFabNet, dans le cadre des
tâches relevant de l’ICAM pour ce projet. Il pourra notamment
être mobilisé : a) dans la mise à disposition, sur le site
internet du réseau, d’une bibliographie actualisée (articles
scientifiques, thèses, ouvrages, …) sur les différents volets
de la durabilité de la nanofabrication ; b) dans la
constitution de la base de données du réseau, consignant les
organisations partenaires, les infrastructures de recherche,
les projets en cours, etc. ; c) dans la réalisation d’un
sondage auprès des organisations partenaires sur leurs
pratiques et besoins en termes de durabilité globale (analyses
de risques, analyses de cycle de vie, analyses éthiques
concernant leurs productions en termes de nanoproduits et de
nanomatériaux, etc.) ; dans la définition de la stratégie de
développement du réseau au regard du paysage européen et
international de la nanofabrication.

Eco-extraction en continu de
biomolécules à partir de co-
produits agro-alimentaires
Les co-produits de l’industrie agro-alimentaire, actuellement
considérés comme des déchets, sont sources de molécules
d’intérêt et peuvent donc être valorisés grâce à l’extraction
de ces biomolécules fonctionnelles. Les extraits obtenus
peuvent être utilisés en tant qu’ingrédients alimentaires ou
cosmétiques. Pour extraire ces biomolécules, des procédés
innovants, dits «éco», permettent d’obtenir de meilleurs
rendements d’extraction en utilisant moins de temps, des
solvants sûrs, moins d’énergie et en générant moins d’impacts

environnementaux. Néanmoins, ces procédés sont étudiés surtout
en mode batch sur des volumes relativement petits à l’échelle
laboratoire. En vue de préparer la réalisation des éco-
extractions sur des niveaux de TRL plus grands (pilote,
industriel), le projet de thèse vise à étudier l’efficacité de
différents éco-procédés d’extraction pour la récupération
d’antioxydants à partir de co-produits issus d’industrie agro-
alimentaire régionale en travaillant en régime continu. Trois
éco-procédés d’extraction seront étudiés : l’extraction
assistée par ultrasons, l’extraction assistée par microondes,
et l’extraction assistée par microondes et ultrasons. Les
performances de ces procédés (rendements d’extraction,
activité des extraits, énergie consommée, impacts
environnementaux) en régimes batch et continu seront évaluées
en cherchant les conditions optimales pour le traitement et la
valorisation de volumes importants de co-produits.

Laboratoire(s) de Rattachement : UMR-T 1158 BioEcoAgro,
Institut Charles Viollette

Characterization     of   the
surface roughness of roadways
by Ground Penetrating Radar
Context:

Ground penetrating radar (GPR) is a common tool for
nondestructive testing of civil engineering materials,
environment and agriculture. It allows rapid data collection
and is widely used to measure or to estimate media parameters
(pavements, bare agricultural fields, soils…).

Here, we are interested in roadways probed by GPR, in the
context of wide band GPR, such that the roughness of the
pavement surface cannot be neglected anymore. Electromagnetic
wave scattering from a rough interface leads to less energy
being recorded by the receiver in the specular direction. This
should be accounted for in order to accurately retrieve the EM
(electromagnetic) properties of the sounded pavement.
Nondestructive testing is also of great interest in order to
analyze the structural health of the pavement material.
Indeed, it is important to be able to detect embedded cracks
inside the material, because they are diagnosis elements which
influence the application of maintenance and management
policies.

Project description:

The first goal of this study is to analyse measurement data of
the surface roughness of three samples of pavement surfaces,
obtained by photogrammetry. The main objective of this task is
to study the main statistical parameters that describe the
surface roughness: height probability density function (PDF)
and height autocorrelation function.

Then, two options are possible. The first option is to make
comparisons between two computation codes (two different
numerical methods). The first one is a frequency domain
integral method, based on the method of moments, that has been
developed in the IETR laboratory. The second method is a time
domain    open    source     code    called    gprMax    (see
https://www.gprmax.com/), which is based on the FDTD
algorithm. The interest of this comparison is to better
identify the limitations of these two codes.

The second option is to develop an approximate analytical EM
model for taking the roughness into account in order to invert
GPR signals. This work will be compared with the classical
model called Ament model [1], which has the advantage of being
easily invertible. Its main advantage is that the main

roughness parameter, the RMS (root-mean square) height, is
easily retrieved. Nevertheless, its associated drawback is
that it is independent of the surface auto-correlation,
implying that it cannot be used to estimate the correlation
length.

Thus, the aim of this task is to derive an asymptotic model
that can be used to retrieve both the RMS (root mean square)
height and the correlation length, by inverting synthetic or
even real data. This may be a model sounded by physical
considerations [2] or an empirical one based on either
simulation or measurement data. This model will be validated
thanks to the reference use of a numerical method based on the
method of moments [3].

References:

[1] W. S. Ament, “Toward a theory of reflection by a rough
surface,” Proceedings of the Institute of Radio Engineers,
vol. 41, no. 1, pp. 142–146, 1953.

[2] T. Elfouhaily, C.A. Guérin, “A critical survey of
approximate scattering wave theories from random rough
surfaces,” Waves in Random Media, vol. 14, R1-40, 2004.

[3] C. Bourlier, N. Pinel, and G. Kubické, Method of Moments
for 2D Scattering Problems: Basic Concepts and Applications,
Wiley-ISTE, London, 2013.

Requested skills:

The applicant should have knowledge / skills in
electromagnetics, as well as applied mathematics (probability
and statistics, analysis).

Computer vision and machine
learning   for   basketball
training optimization
Support for Skill Acquisition in Youth Basketball

Context
Young players training is often devoted to undersized staff
within organisations such as associations mostly composed of
volunteers in France for youth basketball. It frequently
happens to have 1 single trainer for 10 to 16 players in a
training session. Moreover, most of the teams don’t train more
than twice a week. Therefore, skill acquisition ought to be
efficient! Whereas trainer education remains the key factor
for better training, new technologies based on Computer Vision
and Machine Learning could be of great support in such a
process. This project aims at providing youth basketball
trainers real-time video analysis toolings in order to improve
skill acquisition, its outcomes, its duration, etc.

Objectives
The preliminary work ot this project consists in investigating
the best camera settings according to several analysis
features. It will then provide the prerequisite tooling for
addressing the overall goal. In fact, it also consists in
developing both video acquisition systems and analysis feature
processings in order to assess which is the best one according
to the evaluation criterion below.

Tasks
This work then consists of:

   1. developing the video acquisition systems that correspond
      to the camera settings
   2. developing the video processings that correspond to the
      analysis features
   3. carrying out experiments that lead to find out the best
      setting
   4. writing scientific papers that detail this work

Evaluation Criterion
The criterion for camera setting evaluation are:

     video acquisition hardware cost (in €)
     video acquisition software cost (in lines-of-code)
     video acquisition system performance (in seconds)
     analysis feature software processing cost (in lines-of-
     code)
     analysis feature processing performance (in seconds)
     analysis feature processing accuracy (in Precision,
     Recall and F-Measure)

Camera Settings
The targeted camera settings are:

     1 camera with motion tracking
     2 cameras with image selection
     2-as-1 cameras with image merging

Analysis Features
The targeted analysis feature are:

     court detection: detect the basketball court in an image
     player detection: detect the players in an image

player tracking: track the players through successive
     images
     team detection: gather players into teams in an image
     play detection: cut a video sequence into subsequences
     that correspond to actions
     play classification: predict the type of play for each
     player in a video sequence

Technologies
The targeted technologies are:

     OpenCV for both Computer Vision and Deep Learning
     (https://opencv.org/)
     Java as programming language

Roadmap
Tasks
   1. State-of-the-Art
     reading the different articles about machine-learning
     based sport analysis

         1. Reading
            collecting and analysing articles
         2. Writing
            summing up all readings

   2. Dataset
      building a dataset of youth basketball videos

         1. Initial
            building a first dataset for prototyping the
            analysis components
         2. Intermediate
            building a common dataset with the different video
            acquisition systems

3. Final
           releasing publicly the dataset that will support
           the experiments

  3. Cameras
    developing   video   acquisition   systems   with     camera
    settings

        1. 1 camera system with motion detection processing
        2. 2 cameras with image selection processing
        3. 2-as-1 cameras with image merging processing

  4. Analysis
     developing video processing components for the analysis
     features

Milestones

References
  1. Colby T. Jeffries. “Sports Analytics With Computer
     Vision”. Senior Independent Study Theses. Paper 8103,
     2018.
  2. Graham Thomas, Rikke Gade, Thomas Moeslund, Peter Car,
     Adrian Hilton. “Computer Vision for Sports: Current
     Applications and Research Topics”. Computer Vision and
     Image Understanding. 159. 2017.
  3. Wei-Lwun. Lu, Jo-Anne Ting, James J. Little and Kevin.
     P. Murphy, “Learning to Track and Identify Players from
     Broadcast Sports Videos,” in IEEE Transactions on
     Pattern Analysis and Machine Intelligence, vol. 35, no.
     7, pp. 1704-1716, July 2013.
  4. Adrià Arbués-Sangüesa, Coloma Ballester, Gloria Haro.
     “Single-Camera Basketball Tracker through Pose and
     Semantic Feature Fusion”. 2019.
  5. Francia, Simone, Simone Calderara, Dott Fabio Lanzi.
     “Classificazione di Azioni Cestistiche mediante Tecniche

di Deep Learning.” 2018.
6.   Arda Senocak, Tae-Hyun Oh, Junsik Kim and In So Kweon,
     “Part-Based Player Identification Using Deep
     Convolutional Representation and Multi-scale Pooling,”
     2018 IEEE/CVF Conference on Computer Vision and Pattern
     Recognition Workshops. pp. 1813-18137, 2018.
7.   Evan Cheshire, Cibele Halasz, Jose Krause Perin. “Player
     Tracking and Analysis of Basketball Plays”
8.   Pei-Chih Wen, Wei-Chih Cheng, Yu-Shuen Wang, Hung-Kuo
     Chu, Nick C. Tang, and Hong-Yuan Mark Liao. “Court
     Reconstruction for Camera Calibration in Broadcast
     Basketball Videos,” in IEEE Transactions on
     Visualization and Computer Graphics, vol. 22, no. 5, pp.
     1517-1526, 2016.
9.   P. K. Santhosh, B. Kaarthick. “An Automated Player
     Detection and Tracking in Basketball Game”. Materials &
     Continua. 58. pp. 625-639. 2019.
10. Chen, Jianhui, Fangrui Zhu, and James J. Little. “A two-
    point method for PTZ camera calibration in sports.” 2018
     IEEE Winter Conference on Applications of Computer
     Vision. IEEE, 2018.
11. Vignesh Ramanathan , Jonathan Huang , Sami Abu-El-Haija
    , Alexander Gorban, Kevin Murphy , and Li Fei-Fei.
     “Detecting Events and Key Actors in Multi-person
     Videos,” 2016 IEEE Conference on Computer Vision and
    Pattern Recognition, pp. 3043-3053, 2016.
12. Joseph Redmon, Santosh Divvala, Ross Girshick, Ali
    Farhadi. “You Only Look Once: Unified, Real-Time Object
    Detection”. in Proceedings of the IEEE Conference on
    Computer Vision and Pattern Recognition (pp. 779-788).
    2016.

Simulateur                       3D   pour                    la
robotique                        autonome                     et
connectée
Contexte et objectif du projet
L’équipe INCASE (GE-MIA) travaille sur plusieurs thématiques
autour de l’Industrie du Futur dont la robotique autonome et
connectée. On entend ici par robot autonome et connecté toute
entité instrumentée et     dotée d’un système de contrôle
embarqué. De plus, elle est capable de communiquer et
d’interagir en temps réel et à distance avec son environnement
ou avec   d’autres entités à distance.

Nous disposons au département GE-MIA de quelques robots
mobiles pour la recherche et la pédagogie. Mais ils sont
limités en nombre et en capacités.

L’objectif de ce travail, à terme, est de mettre au point un
simulateur opérationnel pour construire des maquettes
numériques sur mesure et contrôlables en ligne. L’accent sera
mis en premier lieu sur:

     des modèles de robot avec son environnement de travail
     (bras manipulateur mobile ou fixe)
     véhicule de type voiture autonome intégrant une
     instrumentation de type ADAS[1]

Les applications immédiates attendues de cet outil sont:

     usage    en   Recherche:   disposer    d’une    plateforme   de
     validation    d’algorithme   de contrôle/commande avancée
     (robotique    mobile et véhicules autonomes notamment) +
     actions de    communication et de collaboration autour de
     ce thème.
     usage    en    R&D: outil    d’étude    de     faisabilité   et
     prototypage   rapide

usage pédagogique: mise à la disposition des élèves
      I4.7/8 et A4.8 pour les projets de synthèse

Architecture du simulateur

Le   simulateur   sera   développé   autour   des   plateformes
logicielles suivantes:

      Matlab/Simulink pour l’implémentation des algorithmes de
      contrôle/commande temps réel
      V-REP : pour la création et simulation numériques de
      maquettes virtuelles ( partie opérative)
      SOLIDWORKS, pour le design de partie opérative 3D
      spécifique (le cas échéant)

L’image illustre l’architecture de principe du système à
réaliser. Les parties logicielles “Interface” (Matlab) et “3D
Simulation” (V-REP) peuvent cohabiter dans le même PC hôte ou
tourner dans 2 PCs connectés par réseau Ethernet (TCP/IP). La
partie HIL (Hardware In the Loop) sera étudiée par la suite.

Le travail demandé consiste à:

      Faire un état de l’art sur la simulation virtuelle 3D
      (native Matlab ou par logiciel compatible).
      S’approprier les fonctionnalités de Matlab/Simulink: le
      langage script Matlab et la toolbox de programmation
      graphique Simulink. De même que la toolbox ROS (Robotic
      Operating System)
      S’approprier l’environnement V-REP: programmation et
      création d’objet 3D
      En s’appuyant sur la littérature existante, réaliser une
      interface entre V-REP et Matlab/Simulink selon les deux
      technologies suivantes:
            utilisant le mode script Matlab
            utilisant les fonctions ROS sous Simulink
      Réaliser un premier prototype du simulateur 3D en

s’appuyant sur le modèle du robot Kuka YouBot (dont on
     dispose d’un exemplaire à l’Icam)
     Réaliser un deuxième prototype d’un simulateur 3D avec
     comme partie opérative 2 véhicules à 4 roues (partant de
     modèles existant dans la littérature)
     Réaliser des tutoriels sur les développements réalisés
     Rédiger un rapport technique + une note de synthèse du
     travail réalisé

Par ailleurs, dans le cadre de ce travail, le binôme MSI sera
appelé à déployer cette technologie et la mettre en oeuvre en
encadrant des groupes d’élèves I4 ou/et A4 dans le cadre de
leur projet de synthèse.

[1] ADAS: Advanced Driver Assistance System

Topologie des mailles LoRa
pour la radio de faible
puissance
Contexte :

Pour la chaîne d’approvisionnement automobile, des rouleaux
sont utilisés pour transporter des matériaux et des
équipements vers diverses usines réparties en Europe. Mais les
rouleaux peuvent être perdus, ce qui peut entraîner une baisse
de l’argent et participer à une certaine forme de pollution.
Les rouleaux peuvent également être livrés à de mauvais
fabricants, ce qui entraîne des pertes de temps, la
réexpédition des marchandises et l’absence de garantie de
livraison. Des centaines de milliers de boîtes IdO peuvent
être distribuées dans le monde entier et la durée de vie des

piles doit être de 10 à 20 ans.

Dans ce contexte, nous voulons développer un nouveau
planificateur de messages RF conscient de l’énergie, pour le
système d’exploitation en temps réel appelé Trampoline [1],
capable de réduire la consommation d’énergie des objets IdO
lorsque
L’autonomie est cruciale pour éviter le remplacement des
batteries. Dans ce projet, nous sommes intéressés par
l’exploration des mémoires F-RAM non volatiles avec un calcul
normalement éteint (en sommeil la plupart du temps),
l’amélioration du protocole LoRa pour soutenir l’approche
Wake-up-radio [2] et la topologie Mesh [3].

Ainsi, le but principal de l’étude est de dériver un modèle de
vibrations pour détecter correctement le stockage des
rouleaux, d’écrire un pilote LoRa amélioré pour MSP430,
d’implémenter une carte Wake-Up-Radio existante et de
construire un prototype basé sur la surveillance des
vibrations (IMU) pour réveiller les radios voisines sur une
topologie Mesh. Le travail consistera à comparer la robustesse
pour détecter les mouvements de roulis et les arrêts et à
expérimenter la radio de réveil LoRa pour prolonger la durée
de vie des piles et réduire la consommation d’énergie.

[1] Béchennec, Jean-Luc & Briday, Mikaël & Faucou, Sebastien &
Trinquet, Yvon. (2006). Trampoline an opensource
implementation of the OSEK/VDX RTOS specification. IEEE
International Conference on Emerging Technologies and Factory
Automation, ETFA. 62 – 69. 10.1109/ETFA.2006.355432.
[2] Magno, Michele & Jelicic, Vana & Srbinovski, Bruno &
Bilas, Vedran & Popovici, Emanuel & Benini, Luca. (2016).
Design, implementation and performance evaluation of a
flexible, low latency and low cost nano-Watt Wake-Up Radio
Receiver. IEEE Transactions on Industrial Informatics. 12.
1-1.10.1109/TII.2016.2524982.
[3] Rtones – https://rtone.fr/bluetooth-mesh/, « Bluetooth®
mesh networking, An Introduction for Developers », Martin

Woolley, Sarah Schmidt, Bluetooth SIG.

Réalisation             d’un
Démonstrateur utilisant la
robotique mobile pour la
reconnaissance   automatique
des objets dans un entrepôt
intelligent avec OpenCV sous
Python
Contexte :
Dans le cadre du projet de recherche INTERREG, l’école
d’ingénieurs Icam, en collaboration avec d’autres partenaires
universitaires (Isen, Université de Lille1, CITC, Université
de Gent, Université de Kent, Université d’Essex ,.) a réalisé
plusieurs travaux de recherche autour de l’industrie 4.0. Pour
plus de détails voir le lien : www.incase2seas.eu.

Afin de continuer à améliorer ce projet, il serait intéressant
de développer un système utilisant un robot mobile de type
TurtleBot pour la détection et la reconnaissance automatique
des objets tagués (RFID, Qrcode, ..) dans un entrepôt
intelligent avec OpenCV sous Python.

Description du projet :

Il s’agit dans ce MSR d’étudier, d’explorer et de concevoir un
démonstrateur « Plate forme » utilisant des robots mobiles de
type TurtleBot sous ROS (Robot Operating System) pour la

détection et la
reconnaissance automatique des objets tagués (RFID, Qrcode,
..) dans un entrepôt intelligent OpenCV sous Python.

Ce démonstrateur servira principalement à préparer le travail
pour le projet de recherche qui sera entrepris avec
l’université de ATENEO (Philippines).
Les outils et matériels utilisés pour ce projet sont :

     ROS : Robotic Operating System
     OPENCV
     Machine Learning (langage : Python, C ++ or JAVA)
     les Robots : Youbot, TURTLEBOT2i, Burger, sous Ubuntu
     Camera Xtion Pro
     Scanner pour évitement d’obstacles
     Livrables attendus :

Délivrable 1 :

     Documents de l’état de l’art sur la robotique mobile
     sous ROS et sur la vision avec OpenCv sous Python.
     Documents techniques illustrant des exemples, tutoriaux
     et des exercices sur des cas concrets de la robotique
     mobile sous ROS et de la vision avec OpenCV
     Démonstrateur n° 1 : Détection d’objets et de formes
     graphiques selon des critères comme la couleur ou la
     forme graphique.

Délivrable 2 :

     Documents de l’art sur les techniques de machine
     Learning sous Python. Il s’agit ici d’étudier les
     différentes techniques algorithmiques qui existantent et
     utilisées en Machine Learning pour résoudre des
     problèmes d’apprentissage automatique.
     Documents et tutoriaux permettant d’expliquer les
     différentes packages à installer pour traiter les
     problèmes liés à l’apprentissage automatique : Machine
     Learning.

Démonstrateur n °2 : Prototype de détection automatique
     et de récupération d’objets utilisant OpenCV à l’aide
     d’un robot mobile sous ROS et Python: Vision, Robotique
     Mobile et Apprentissage Automatique

Comparaison de la résistance
à la corrosion entre les
alliages élaborés avec la
fabrication       d’additifs
métalliques et la métallurgie
classique
Contexte :

Depuis de nombreuses années, les matériaux métalliques sont
fabriqués par des procédés métallurgiques classiques. Les
propriétés des alliages ainsi fabriqués ont été testées à de
nombreuses reprises et sont aujourd’hui souvent bien connues.

Depuis quelques temps, de nouveaux procédés industriels
permettent de développer des matériaux métalliques. Il s’agit
de procédés utilisant la fabrication par couches additives,
comme la fabrication par fusion de lit de poudre au laser, la
fabrication par faisceaux d’électrons.

Ces nouveaux procédés d’élaboration ont plusieurs avantages
comme la possibilité d’obtenir des pièces métalliques presque
finies, la fabrication possible de formes complexes, mais il y
a aussi des inconvénients, comme le temps de fabrication, la
mise en évidence des défauts (comme la partie non fondante de

la poudre, la porosité, le mélange non homogène de deux
couches de fusion successives, la rugosité,…). Aujourd’hui, de
nombreux travaux de recherche portent sur les moyens de
diminuer la quantité de ces défauts de surface directement au
cours du processus. D’autres travaux de recherche actuels
présentent des caractérisations des contraintes résiduelles,
des propriétés mécaniques, … Mais il n’y a que peu de
résultats concernant la résistance à la corrosion de ces
échantillons.

Objectif de l’étude :

Les pièces fabriquées par ALM présentent une surface avec
quelques imperfections ou défauts. Il serait intéressant de
connaître l’effet de ces défauts sur les propriétés de
corrosion de ces pièces. Une comparaison serait faite avec des
échantillons fabriqués avec un usinage classique de
fabrication et de préparation de surface.

Programme de travail :

Ces procédés ALM relativement nouveaux et l’impact de ce type
de fabrication sur les propriétés de surface comme la
résistance à la corrosion doivent être documentés par une
revue de la littérature.

Les alliages testés seraient des alliages à base d’aluminium
(Al-Cu, Al-Zn) et des alliages à base de titane (TiAlV).

Avant les tests de corrosion, les échantillons doivent être
observés au microscope optique et au MEB afin de visualiser le
type de défauts présents et de les quantifier. Des tests tels
que des mesures de rugosité et autres caractérisations de
surface (microdureté,..) doivent être effectués.

En ce qui concerne la résistance à la corrosion comparative
entre les échantillons ALM et les échantillons de métallurgie
classique, les expériences doivent être réalisées en mode
stationnaire et en mode non stationnaire. L’électrolyte sera