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Proposition de stage Master 2 Recherche/ Ingénieur (Mars-Septembre 2015)
Étude des méthodes de traitement d’images adaptées à la mesure de
granulométrie sur des images ombroscopiques
Dans le cadre du développement et de l’expérimentation à l’échelle laboratoire de nouveaux procédés
hydrométallurgiques, le CEA1 étudie des méthodes de caractérisation des émulsions générées dans
des dispositifs d’extraction liquide-liquide. Parmi les grandeurs d’intérêt de ces émulsions, la
distribution en taille (granulométrie) des gouttes est un point critique faisant l’objet de
développements au sein du laboratoire. A cet égard, différentes techniques peuvent être utilisées. Il
s’agit essentiellement de méthodes optiques, en lumière cohérente comme incohérente, qui peuvent
être ponctuelles ou de champ. En raison de sa simplicité mais aussi de ses performances, une des
techniques les plus employées pour caractériser la phase dispersée est l’ombroscopie. De façon très
simplifiée, elle repose sur l’association de trois éléments : une source de lumière (souvent
incohérente), un système d’acquisition (optique + capteur), et une méthode de traitement d’image. Si
les montages optiques exploitables sont limités (globalement deux type de montage sont exploitables,
en transmission ou en éclairage incident), les méthodes de traitement des images sont nombreuses et
variées. L’objet du stage proposé est l’exploration et la validation de différentes méthodes de
traitement d’image qui pourraient permettre de caractériser la granulométrie des gouttes à partir des
images ombroscopiques.
Ce stage se déroulera essentiellement au sein du CEA-Marcoule, à Bagnols-sur-Cèze, sous la
direction de Sophie Charton et Fabrice Lamadie. Co-encadré également par Johan Debayle2,
professeur associé à l’Ecole Nationale Supérieure des Mines de Saint-Étienne, il s’articulera autour de
trois étapes principales:
- un état de l’art succinct à travers une étude bibliographique,
- la mise en œuvre de méthodes de traitement d’image adaptées
- une évaluation de la performance de ces méthodes sur des images synthétiques et réelles.
Profil du stagiaire:
Le candidat devra faire preuve d'une grande ouverture d'esprit et disposer de connaissances dans les
domaines suivants: Traitement d’image, Mathématiques Appliquées.
Durée et période du stage: 5 à 6 mois à partir de mars 2015.
Bourse/indemnité : oui
Personnes à contacter :
Fabrice LAMADIE ou Sophie CHARTON
CEA Marcoule, DTEC/SGCS/LGCI
30207 BAGNOLS SUR CEZE
Tel: 04 66 79 65 97 / 62 29
Mèl : [email protected].; [email protected]
1 http://www.cea.fr;
2 http://www.emse.fr/~debayle/
Proposition de stage – Master recherche/3ème année d'École d'Ingénieur
Caractérisation et génération de microstructures 3D numériques, par analyse d’image,
représentatives d’électrodes de cellules à oxydes solides
Lieu : Ecole Nationale Supérieure des Mines de Saint-Etienne (ENSMSE) et CEA de Grenoble.
Financement : bourse de stage
Durée souhaitée : 6 mois
Profil du candidat :
Elève ingénieur ou étudiant en master recherche avec une spécialisation en traitement d’image, en
mathématiques appliquées ou en physique des matériaux, avec de bonnes connaissances en informatique
scientifique (matlab, C, python, etc.).
Contexte :
La production d’hydrogène par électrolyse de la vapeur d’eau à « hautes températures » fait actuellement
l’objet de nombreux programmes de recherche. Dès lors que le processus d’électrolyse utilise une énergie
primaire renouvelable, l’hydrogène produit constitue un vecteur énergétique à faible empreinte carbone,
contribuant ainsi à réduire les émissions de gaz à effet de serre.
Le cœur des électrolyseurs « hautes températures » est la cellule dite à « oxydes solides ». Cette cellule
est typiquement composée d’un assemblage céramique, constitué par un électrolyte dense inséré entre
deux électrodes poreuses. La microstructure des électrodes gouverne l’efficacité des réactions
électrochimiques, et joue à ce titre un rôle crucial dans les performances globales de l’électrolyseur. De ce
fait, l’optimisation des microstructures d’électrodes constitue un axe de développement majeur en vue
d’améliorer les performances et la durabilité des électrolyseurs. Dans ce cadre, la modélisation peut être
un moyen pour converger rapidement vers des microstructures optimisées. Néanmoins, il est nécessaire
de doter préalablement d’un outil mathématique qui puisse générer des représentations numériques
tridimensionnelles des électrodes réelles. La génération de microstructures numériques de matériaux
multifonctionnels par cette approche constitue un axe important et original de ce stage. Il a encore été très
peu réalisé pour les matériaux pour l’énergie du fait du manque de données sur la morphologie réelle des
électrodes (aujourd’hui accessibles par des techniques expérimentales).
Contenu :
Le stage proposé vise à mettre en place un modèle mathématique de génération de microstructures 3D
représentatives d’électrodes de cellules à « oxydes solides ».
Dans un premier temps, l’étudiant devra caractériser la géométrie (surfaces spécifiques, distribution en
tailles des particules de chacune des phases du milieu, etc...) d’images 3D d’électrodes réelles obtenues
par nano-tomographie des rayons X (fig. 1). Une étape de segmentation d’image sera au préalable réalisée
afin d’identifier chacune des phases.
La seconde étape du stage consiste à générer des microstructures dites « synthétiques » qui devront
présenter les mêmes caractéristiques géométriques que le matériau réel. Pour ce faire, des tessellations par
diagrammes de Voronoï généralisés sur des champs aléatoires seront investiguées.
L’étudiant devra mettre en place ce modèle mathématique de génération de microstructures synthétiques
3D et ajuster les paramètres du modèle afin d’obtenir une géométrie représentative du matériau réel.
Des simulations sur plusieurs échantillons permettront de tester et valider le modèle.
Support
Couche
fonctionnelle
27
.5
µm
Porosité
Ni
YSZ
Reconstruction en 3 dimensions d’une
électrode en Ni-YSZ d’une cellule à oxyde
solides (reconstruction obtenue par nanotomographie des rayons X synchrotrons) [1].
Responsables du stage :
Yann GAVET, Ecole des Mines de Saint Etienne, tel. 04 77 42 01 70, [email protected]
Johan DEBAYLE, Ecole des Mines de Saint Etienne, tel. 04 77 42 02 19, [email protected]
Jérôme LAURENCIN, CEA-Grenoble, tel. 04.38.78.22.10, [email protected]
[1] J. Villanova, J. Laurencin, P. Cloetens, P. Bleuet, G. Delette, H. Suhonen, F. Usseglio-Viretta, 3D phase mapping of SOFC YSZ/Ni cermet at
the nanoscale by X-Ray holotomography, JPS, 243 (2013) 841-849.
Stage de Recherche (mars-septembre 2015)
Titre : Caractérisation des propriétés d’aspect visuel de polymères recyclés
Lieu d’accueil : Ecole Nationale Supérieure des Mines de Saint-Étienne (ENSM-SE)
LGF, UMR CNRS 5307
Contact : Dr. Johan DEBAYLE ([email protected])
Partenaires : Equipes du groupe SENSOMINES (Institut Carnot-M.I.N.E.S.)
Profil du candidat : Elève ingénieur ou étudiant en master recherche avec une spécialisation en analyse d’image
et/ou mathématiques appliquées, et une base solide en optique.
Description du stage :
 Contexte général :
L’objectif général du projet du groupe SENSOMINES est de comprendre l’effet de procédés de recyclage de
matières plastiques sur les propriétés optiques des pièces finies. Les industriels souhaitent en effet que les
pièces finies en matières plastiques recyclées présentent des caractéristiques identiques à celles obtenues avec
des polymères de premier usage [1].
 Objectifs du stage:
L’objectif de ce stage est de caractériser les propriétés d’aspect visuel de polymères recyclés à l’aide
d’attributs perceptuels de la couleur (teinte, clarté, saturation, brillance…) [2]. Ces matériaux sont dits gonioapparents car ils présentent des variations significatives de leur apparence visuelle suivant la direction
d’éclairage ou d’observation. Ces variations de l’apparence sont dues aux changements des propriétés optiques
de la surface.
Différents échantillons, dans leur état initial et aux différentes étapes du recyclage, seront expérimentalement
analysés optiquement par spectro-goniométrie. Les BRDF (Bidirectional Reflectance Distribution Function)
résultantes seront alors exploitées par le stagiaire pour décrire quantitativement les propriétés d’aspect visuel
de ces matériaux. Dans cet objectif, l’utilisation du modèle couleur CoLIP (Color Logarithmic Image
Processing) [3], basée sur la perception visuelle humaine, sera privilégiée.
Les caractéristiques quantitatives des propriétés d’aspect visuel des polymères recyclés seront finalement
comparées aux caractéristiques initiales (i.e. des polymères de premier usage) afin de comprendre l’effet des
procédés de recyclage.
Références bibliographiques :
[1] Enquêtes sur le recyclage des plastiques en 2007, ADEME Rapport final, 2009.
[2] ASTM E284-13b, Standard Terminology of Appearance, ASTM International, West Conshohocken, 2013
[3] H. Gouinaud, Y. Gavet, J. Debayle, and J. C. Pinoli. Color Correction in the Framework of Color
Logarithmic Image Processing. In Proceedings of the 7th IEEE International Symposium on Image and Signal
Processing and Analysis (ISISPA), Dubrovnik, Croatia, pages 129-133, 2011.
SEVIB : Segmentation d’images de séquences
vidéo haute fréquence sur la formation de buée sur
surfaces texturées
Lieu : Ecole Nationale Supérieure des Mines de Saint-Etienne et Ecole Centrale Lyon
Financement : bourse de stage (Projet ANR CorImMo 3D)
Durée souhaitée : 6 mois, début : 1/03/2015
Profil du candidat : Elève ingénieur ou étudiant en master recherche avec une spécialisation en traitement
d’image, en mathématiques appliquées ou en physique des matériaux, avec de bonnes connaissances en
informatique scientifique (matlab, C, python, etc.).
Perspectives : Une thèse de doctorat sur le sujet sera proposée (projet MAGNUS).
1. Contexte
La formation de buée sur les surfaces transparentes (pare-brises, phares, écrans) constitue un enjeu
important pour les industriels de l’automobile, de l’aéronautique ainsi que pour les équipementiers
sportifs.
2. Objectifs du projet
Dans un premier temps, le stagiaire devra réaliser des acquisitions sur des surfaces texturées
présentant différentes caractéristiques, représentatives d'usinages et/ou de traitements de surfaces. Il
devra par la suite réaliser la segmentation des séquences vidéo d'images de micro et nano gouttelettes
(détection), observées avec une caméra ultra-rapide avec une grande résolution. Les programmes
informatiques seront parallélisés au maximum (cluster de calcul, utilisation de cuda/opencl) pour
traiter rapidement la très grande quantité de données acquises.
Dans un second temps, il devra caractériser la morphologie et la granularité des gouttes observées et
établir des lois d'évolutions des paramètres utilisés. Notamment, les paramètres importants sont le
nombre de gouttes, la densité et la taille, et la répartition des sites de nucléation. Enfin, il définira la
position des sites de nucléation en fonction de la surface.
Mots-clés du projet : Segmentation ; traitement d'images ; vidéo ; buée ; surfaces texturées ;
nucléation ; morphologie ; géométrie
Figure 3: Observation des
gouttes de buée
Figure 2: Modélisation de la
surface par un champ
aléatoire gaussien.
Figure 1: Simulation de
nucléation issue d'un champ
aléatoire gaussien.
Pour candidater :
Yann GAVET, Ecole des Mines de Saint-Etienne, tel. 04 77 42 01 70 / [email protected].