Les Instituts de recherche hepia

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L’avenir est à créer

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Brochure Ra&D

La Recherche appliquée et le Développement (Ra&D) sont réalisés dans le cadre de quatre instituts disposant d’équipements « up-to-date » et de moyens importants en termes de ressources humaines et financières. Ces instituts, issus des départements d’hepia sont :

• inPACT : institut du Paysage, de l’Architecture, de la Construction et du Territoireavec pour axes stratégiques de recherche :• Agglomérations et paysages• Architectures et ouvrages performants

• inIT : institut d’ingénierie Informatique et des Télécommunicationsavec pour axes stratégiques de recherche :• Systèmes embarqués et temps réel• Systèmes distribués à grande échelle• Interaction société machine

• inSTI : institut des Sciences et Technologies Industriellesavec pour axes stratégiques de recherche :• Bio-ingénierie• Eco-ingénierie• Mécanique des fluides appliquée aux domaines de l’énergie• Matériaux, nanotechnologies et conception microtechniques

• inTNE : institut Terre-Nature-Environnementavec pour axes stratégiques de recherche :• Ecologie et gestion des milieux naturels et aménagés • Fonctions environnementales sous pressions anthropiques dans les agroécosystèmes

Cette structure Ra&D mise en place en 2011 vise non seulement à améliorer notre performance et notre réactivité eu égard aux nombreuses sollicitations de nos partenaires industriels et institutionnels mais elle permet aussi, grâce à ses axes stratégiques de recherche de profiler l’institution dans le paysage des Hautes Ecoles régionales et suisses. En effet, le fait qu’hepia regroupe en son sein tous les pôles du domaine HES-SO « ingénierie et architecture » permet d’effectuer naturellement des projets de recherche transdisciplinaires dont les innovations sont transférées à l’externe vers des partenaires via des licences sur brevet ou par la cession de brevets mais aussi par la création d’entreprises.

Cette même année 2011 a vu naître le Geneva Creativity Center dont l’objectif principal est d’amener plus rapidement des innovations élaborées au sein des Hautes écoles genevoises que sont l’Université de Genève et la HES-SO // Genève vers la société ainsi que de pouvoir répondre aux problématiques des entreprises et des collectivités. De ce fait, quel que soit le point d’entrée, les entreprises bénéficient de facto d’une offre étendue de compétences de pointe ; voir le site internet : http://www.creativitycenter.ch/

Ainsi, le corps professoral, les assistants et assistantes de recherche, le personnel administratif et technique composant les instituts de la Haute Ecole du Paysage, d’Ingénierie et d’Architecture de Genève, sont en permanence au service de la société et de son environnement.

Gilles TrisconeProfesseur HES, Responsable de la coordination Ra&Dgilles.triscone@hesge.ch

inPA

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inPACT

L’institut du Paysage, de l’Architecture, de la Construction et du Territoire (inPACT) se déploie dans le domaine de la construction et de l’environnement. Il couvre une échelle qui va du matériau au territoire et se situe à la convergence des métiers de l’architecte, de l’ingénieur civil et de l’architecte du paysage. Cette pluridisciplinarité constitue la particularité et la force d’inPACT dans le traitement des projets de recherche et de la réalisation de mandats d’études pour des collectivités ou pour le secteur privé, acteurs, de plus en plus confrontés à des problèmes d’urbanisme, de paysage, de mobilité, d’énergie et de gestion des ressources.

L’institut peut apporter des réponses concrètes en adéquation avec les méthodes et technologies d’analyse de projet les plus récentes dans les domaines paysagers, architecturaux et d’ingénierie du bâtiment. Ses activités s’organisent autour de deux axes stratégiques principaux :

• agglomérations et paysages ;• architecture et ouvrages performants.

Ainsi, des groupes de compétences formés du corps professoral, des assistants et du personnel technique assurent le déroulement des différentes activités de Ra&D et de services à la collectivité conformé-ment aux axes stratégiques principaux. En cas de nécessité, ils peuvent faire appel à des compétences complémentaires disponibles au sein d’hepia. Les étudiants bénéficient également des retombées des résultats Ra&D dans leurs études bachelor et master.

Reto CamponovoProfesseur HES, Responsable institut inPACTreto.camponovo@hesge.ch

inPACTinPACT

sQUADCentre de compétences transfrontalier pour le suivi et la planification des quartiers durables Gilles Desthieux, Annick Hmidan-Kocherhans

DescriptifLe projet INTERREG IVA - sQUAD s’inscrit dans un contexte de multiplication des projets transfrontaliers d’aménagement qui font face à des méthodes, des pratiques et des législations différentes. Il a pour finalité de stimuler les réseaux d’acteurs suisses et français autour d’une réflexion sur les projets d’urbanisme durable et de créer avec leur collaboration des centres de compétences au niveau des territoires transfrontaliers, permettant un suivi et le pilotage sur le long terme des quartiers durables.

Points forts• Déployer et enrichir

l’observatoire transfrontalier Eco-Obs des écoquartiers.

• Formaliser et valider des lignes directrices pour soutenir activement les opé-rateurs dans la planification et la réalisation de quartiers durables / « écoquartiers ».

• Organiser des formations afin de renforcer les compé-tences des professionnels.

• Structurer et pérenniser des centres de compétences régionaux.

Si les porteurs politico-administratifs des projets urbains sont en majorité sensibilisés aujourd’hui aux enjeux du développement urbain durable, ils se sentent souvent démunis pour les intégrer de façon cohérente dans les projets d’aménagement aux différents stades (appel à projets pour les plans de quartier, concours, mandats d’étude parallèle, etc.). Des outils, des labels, des référentiels existent, qui permettent d’évaluer de façon factuelle les projets de quartiers durables, mais ne suffisent pas en eux-mêmes à soutenir le processus de planification. En effet, ce processus requiert un outil de pilotage intégrant les diverses étapes de développe-ment du projet ainsi que l’implication des différentes parties prenantes. Ces besoins ont été notamment mis en évidence dans les contextes transfrontaliers suisses et français lors du projet Interreg IVA « Eco-Obs: observatoire transfrontalier des écoquartiers », mené entre 2009 et 2012. De tels besoins ont motivé le montage d’un nouveau projet Interreg IVA - sQUAD, piloté par la HES-GE / hepia (CH) et INES-Plateforme évaluation et formation (F) qui associe des partenaires académiques, privés, et du monde associatif. Il a démarré en janvier 2014 et s’achèvera durant l’été 2015.Le projet sQUAD a pour finalité de stimuler les réseaux d’acteurs suisses et français autour d’une réflexion sur les projets d’urbanisme durable et de créer avec leur collaboration des centres de compétences au niveau des territoires transfrontaliers, permettant un suivi et le pilotage sur le long terme des quartiers durables. Cela implique:• de déployer l’observatoire Eco-Obs et de capitaliser du savoir sur les

processus en cours de construction de quartiers durables sur des terri-toires transfrontaliers (le Grand Genève, l’Arc Jurassien, le Valais et le Chablais, la région de Chambéry et celle de Grenoble);

• de formaliser sur cette base des lignes directrices pour l’accompagne-ment d’opérateurs urbains dans le processus de planification de quartiers (assistance à maîtrise d’ouvrage ou AMO en France);

• de favoriser des échanges d’expériences et de savoir-faire entre les acteurs techniques et politiques;

• d’organiser des formations visant à mettre sur pied des démarches de co-apprentissage à partir de cas pratiques et de références théoriques reconnues.

En résumé, le projet proposé vise à répondre effectivement et de manière opérationnelle aux besoins des collectivités et des acteurs privés. Il ne se limite pas au déploiement d’un simple outil d’observa-tion, mais contribue au développement d’un réseau de compétences et de savoir-faire au service des maîtres d’ouvrage.

inPACT

ValorisationTreize quartiers pilotes ont été analysés par le biais des outils proposés par l’observatoire (grilles d’évaluation selon Quartier durables/Sméo en Suisse, Label Ecoquartier en France, dispositif d’analyse des pro-cessus de planification sous l’angle du pilotage et de la gouvernance). Les retours d’expériences de ces analyses ont permis d’identifier les critères incontournables communs entre la France et la Suisse dans la perspective d’un pilotage stratégique, et de développer les lignes directrices guidant le processus de planification et la composition des quartiers durables.

Légendes

1 - Ecoquartier « Eikenott » réalisé à Gland (VD).2 - Ecoquartier d’ « Ecovela » à Viry - France.3 - Image de synthèse du futur écoquartier

des Vergers à Meyrin.4 - Territoires sQUAD.

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Solar GISAnalyse du potentiel solaire sur les toitures et les façades. Application au cadastre solaire du canton de Genève Gilles Desthieux (hepia), Claudio Carneiro (EPFL), Eugenio Morello (Politecnico di Milano), Nabil Abdennadher (hepia)

DescriptifTrois chercheurs d’institutions académiques différentes ont développé un outil « SIG-solaire » qui a été mis à disposition de la présente étude sur le canton de Genève. Il permet d’évaluer de façon systématique l’irradiation solaire accessible sur le territoire et particulièrement le potentiel de production énergétique sur les toits et les façades des bâtiments. Il se base sur les données météorologiques locales ainsi que sur les données géographiques facilement disponibles, par exemple au travers du Système d’information du territoire genevois (SITG).

Points forts• Cartographie du potentiel

solaire de façon systématique et automatique sur un large territoire, en s’appuyant sur les données 3D des bâtiments.

• Communication au public sur le potentiel solaire des toitures.

• Gain de temps dans les avant-projets d’installation de panneaux solaires (nombreux déplacements in situ évités).

• Découverte du potentiel solaire sur d’autres objets que les faces de toits (sur le terrain par exemple abris/car-ports, parkings, etc.).

L’outil proposé est issu d’un travail interdisciplinaire mettant en synergie un certain nombre de compétences et de techniques dans les domaines de la télédétection, des systèmes d’information géographique (SIG) 2D et 3D, de l’analyse d’images, et des indicateurs environnementaux. Il permet d’évaluer l’irradiation solaire sur le territoire à différentes échelles tempo-relles avec une précision et une fiabilité tout à fait satisfaisantes pour les besoins énoncés par les mandants; ceci grâce à la reconstitution précise du territoire en 3D au travers des données aéroportées LiDAR et à une intégration des différentes sources d’ombrage.

L’ombrage sur la composante directe de l’irradiation est évalué à chaque heure d’une journée type à partir d’un voisinage proche (bâti, arbres), ou lointain (relief). Le facteur d’ombrage sur la composante diffuse peut être approché par le Sky view factor, qui analyse le degré de visibilité ou la non-obstruction dans le demi-hémisphère centré sur un point donné, selon le principe du « Fisheye ».

Les résultats bruts d’irradiation sont ensuite traités, dans une phase de post-traitement, dans des outils SIG pour produire des indicateurs utiles pour la communication et l’aide à la planification et à la décision : statis-tiques d’irradiation par toiture, ratios d’ombrage, parties des toitures productives, potentiels de production énergétique thermique et électrique sur les toitures et les façades.

Irradiation solaire sur la ville de Genève.

inPACT

ValorisationL’outil SIG-solaire a pu être mis en œuvre afin d’élaborer le cadastre solaire sur tout le canton de Genève, sous mandat de l’Office cantonal de l’énergie (OCEN) et des Services Industriels de Genève (SIG), notamment grâce aux puissances de calcul et au traitement spatial systématique et automatisé propre aux SIG, tout en gardant une grande précision d’analyse (pixel de 0.5 m) nécessaire à une analyse fine de l’irradiation solaire sur les toitures.Dans le cadre de la planification énergétique territoriale, les applications des résultats du cadastre solaire sont multiples : • implications sur le marché immobilier en redéfinissant la valeur des

bâtiments par rapport à leur potentiel énergétique solaire en toiture et sur les façades,

• évaluation de l’apport solaire passif (bilan énergétique), • leviers d’actions pour les collectivités pour inciter à l’accroissement de

l’installation de panneaux solaires à travers différentes mesures et actions.

Légendes

1 - Ecoquartier « Eikenott » réalisé à Gland (VD).2 - Ecoquartier d’ « Ecovela » à Viry - France.3 - Image de synthèse du futur écoquartier

des Vergers à Meyrin.4 - Territoires sQUAD.

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Equipement particulierLes scripts développés Java permettent de calculer l’irradiation horaire à partir de données météorologiques en tenant compte des ombres portées.Les valeurs horaires d’irradiation sur plan horizontal sont issues de Meteonorm (v6.1) qui établit des valeurs statistiques à partir des données mesurées à Genève-Cointrin sur la période 1980-2000.Les outils de système d’information géographique, tels que ArcGIS, permettent de traiter les données d’altitude issues du LiDAR pour reconstituer le modèle en 2.5D (toitures) et 3D (façades) du territoire. De plus, dans une phase de post-traitement, ces outils permettent aussi de produire les indicateurs utiles pour la communication et l’aide à la décision. Enfin, dans la perspective des mises à jour régulières du cadastre solaire (selon le développement du bâti), une optimisation informatique des scripts permettra de les exécuter sur des plateformes de Cloud computing accélérant ainsi le temps de calcul.

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3D MobilitySimulation de foule en situation de mobilité intermodaleGroupe mip / Olivier Donzé, Yacine Benmansour

DescriptifSuite à une décision du Canton de Genève de requalifier le réseau des transports en commun horizon 2012, il nous a été demandé d’évaluer la capacité des aménagements de certaines interfaces de transport à absorber le flux d’usagers (en situation de transbordement) et d’évaluer les risques sécuritaires liés à la future mise en service.

Points forts• Visualiser les tables de

matrices en 3D.• Identifier les zones

accidentogènes.• Tester les propositions de

mobilité.• Disposer d’un référentiel.• Bénéficier d’outils de

vulgarisation et d’aide à la décision.

La simulation de foule en situation de mobilité intermodale combine les données d’ingénieurs de différents services de la ville et du canton pour être représentées en 3D. Une partie importante des données provient du Système d’Information du Territoire Genevois (SITG) et des experts en transport. Concrètement, il s’agit de mettre en place un simulateur permet-tant l’observation des comportements piétons, du trafic urbain et l’analyse itérative de divers scénarios de déplacement au cœur d’une interface de transport multimodal.

La représentation de mouvements de foules est un exercice très complexe. Le phénomène étant très aléatoire, il doit néanmoins s’adapter à certaines règles de régulation du trafic. Il implique par conséquent la gestion d’une multitude d’éléments en interaction permanente dans un espace-temps bien défini.

La simulation en cours est un projet pilote car il confronte pour la première fois les études réalisées par différents groupes d’ingénieurs.

La simulation proposée ne peut en aucun cas prétendre fournir des réponses clé en main, ni reproduire le phénomène avec exactitude. Elle permet néanmoins de proposer un outil d’aide à la décision très performant car dynamique et itératif. Il offre la possibilité d’observer des mouvements de foule en interaction directe avec les réseaux des transports en commun et les réseaux mécaniques.

http://mip.hesge.ch

inPACT

Valorisation• Présentation aux élus du canton de Genève• Présentation au salon Imagina 2010 Monaco• Présentation au salon Telecom 2011 Palexpo Genève• Présentation au salon SIG Versailles 2010• Présentation au salon Geosummit à Bern 2011• Présentation au salon IFLA à Zurich 2010

Equipement particulier• Logiciel de modélisation 3D et de SIG.

Légendes

1 - Le réseau de tramway genevois (DGM).2 - Matrice de calculs d’ingénieurs mobilité

(CITEC et TPG).3 - Matrice de feu de signalisation (Service

de la voierie, ville de Genève).4 - Visualisation sur la raquette de Plainpalais.5 - Visualisation sur la station Plainpalais.6 - Visualisation sur la station Bel-Air.

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Maquette numérique 3D/4DGénérer des socles numériques pour les Grands Projets du Canton de GenèveGroupe mip / Olivier Donzé, Benjamin Dupont-Roy

DescriptifActuellement, le canton de Genève planifie dix «Grands Projets» de développement urbain pour répondre aux besoins de logements des habitants, construire des espaces de qualité, réduire les mouvements pendulaires... Le début de chantier étant agendé dès 2015-2018, le groupe mip a été sollicité pour développer des solutions de représentations du territoire et des projets par l’utilisation des maquettes numériques.

Points forts• Répondre aux besoins des décideurs et des mandataires.• Insertion des projets

d’urbanisme dans une maquette numérique du territoire existant.

• Précision et rigueur des données SIG utilisées.

• Rapidité de mise à jour.• Réel outil de communication

et de concertation.• Impression du modèle 3D via

une imprimante 3D.• Insertion de l’impression 3D

dans une maquette physique.

Les SIG (Systèmes d’information géographique) et la 3D sont devenus des outils indispensables pour la visualisation de données et l’élaboration de projets. Dans le but de répondre aux besoins des décideurs, chefs de projets, et parties prenantes, le groupe mip a développé un modèle de données et des routines d’exécution pour générer les socles de base du territoire en trois dimensions et insérer des projets d’urbanisme et de développement.

Les solutions développées permettent une mise à jour rapide des projets dans le temps pour assurer un suivi à court, moyen et long terme. Au final, la visualisation des projets dans la maquette numérique du territoire sert tant le projet que les décideurs et les habitants, car plus qu’une simple image, la visualisation numérique devient un outil de communication, de concertation et d’aide à la décision dans le cycle de vie du projet.

Plus d’informations sur les «Grands Projets»:http://ge.ch/amenagement/grands-projets

http://mip.hesge.ch

inPACT

ValorisationPublications• Exposition lors de la Quinzaine de l’Urbanisme en septembre 2014• Utilisation lors de tables rondes pour les Grands Projets• hepianews 02/2014 sous «Cités numériques»

Equipement particulier• Logiciel de modélisation 3D, de SIG, et vectoriel.

Légendes

1 - Processus de fabrication de la maquette numérique via un logiciel 3D (Cinema 4D).

2 - Maquette blanche du territoire avec courbes topographiques et bâtiments.

3 - Maquette blanche du territoire avec courbes topographiques, bâtiments, arbres et forêts.

4 - Maquette du territoire avec orthophoto en texture.

5 - Maquette du territoire avec plan guide cantonal en texture.

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Terr4DMaquette virtuelle historique duterritoire SuisseGroupe mip / Olivier Donzé, Alain Dubois, Nedjma Cadi, Damien Dumusque

DescriptifLe projet se fixe l’objectif d’élaborer une méthode pour la création de maquettes virtuelles 3D historiques du territoire suisse. Cet outil interactif d’analyse et de visualisation permettra entre autres à tous les acteurs de l’aménagement de comprendre très rapidement l’évolution d’un territoire et, ainsi, d’améliorer leurs interventions. Ce sera également un formidable outil de pédagogie pour les étudiants des professions liées à l’aménagement du territoire.

Points forts• Evolution chronologique du

territoire.• Outils pour la gestion des

parcs et espaces plantés.• Visualisation des étapes de

construction et de modification du territoire.

• Rapidité de mise à jour.• Précision et rigueur des

données SIG utilisées.• Outil de communication.

Il s’agit de développer une méthode pour recréer le paysage depuis 1789 à nos jours. C’est en effet pendant cette période que l’urbanisation en Europe a subi les plus profonds bouleversements. De plus, les données à disposition permettent de recréer fidèlement le paysage en s’appuyant entre autres sur des photos aériennes et des cartes précises.

L’objectif de la recherche est double: trouver la méthode la plus rationnelle possible pour arriver à cette modélisation et stocker les géodonnées obte-nues en cohérence avec les sytèmes d’informations du territoire actuels.

Pour expérimenter la méthode, le choix de l’aire d’étude s’est porté sur le périmètre du PAV (Praille, Acacias, Vernets) à Genève, ainsi que sur les sites des parcs des Eaux-Vives, de La Grange et de Beaulieu.

http://mip.hesge.ch

inPACT

Valorisation• Conférences• Site web• Présentation journée Ra&D 2014

Equipement particulier• Logiciel de modélisation 3D, de SIG, documentation historique (plans,

textes, ...)

Légendes

1 - Parc Beaulieu, 1789.2 - Parc Beaulieu, 1870.3 - Parc Beaulieu, 2014.4 - Parc des Eaux-Vives et de La Grange, 1789.5 - Parc des Eaux-Vives et de La Grange, 1872.6 - Parc des Eaux-Vives et de La Grange, 2014.

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Urba-MappingAnimation de maquettes physiques par vidéo-projectionGroupe mip / Olivier Donzé, Benjamin Dupont-Roy

DescriptifDans le cadre de la recherche menée par le groupe MIP sur «les grands projets» d’aménagement du territoire du canton de Genève, en parallèle du travail de production de maquettes 3D, le groupe a mis en place un système mettant en relation des maquettes physiques du territoire et des données 2D des différentes couches du SITG.

Points forts• Visualisation à grande échelle

des planifications urbaines.• Intéraction avec le visiteur.• Animation des projets

d’urbanisme et de mobilité sur la maquette du territoire existant.

• Rapidité de mise à jour.• Précision et rigueur des

données SIG utilisées.• Outil de communication et de

concertation.• Projection de n’importe

quelle donnée géoréférencée.• Evolution chronologique du

territoire.

Dans le cadre des Grands Projets, le canton de Genève dispose de maquettes physiques du territoire existant à l’échelle 1:1’000, avec la possibilité d’insérer des maquettes des projets à venir sous forme de pièces emboîtables. Les maquettes deviennent alors support de commu-nication, et les nouvelles technologies permettent de projeter et d’animer des données directement sur la maquette physique.

La maquette s’anime par la projection numérique et prend vie. Les diffé-rentes couches se calent parfaitement sur le relief et font découvrir de manière dynamique les usages et occupations du territoire passé, présent et à venir. Ce sont les prémisses d’une réelle intéractivité avec le visiteur.

http://mip.hesge.ch

inPACT

Valorisation• Exposition lors de la Quinzaine de l’Urbanisme en septembre 2014• Utilisation lors des tables rondes pour les Grands Projets• Utilisation lors des portes ouvertes d’hepia en 2014

Equipement particulier• Logiciel de modélisation 3D, de SIG et vectoriel, beamers

Légendes

1 - Vidéoprojection sur la maquette de Chêne-Bourg / Chêne-Bougeries.

2 - Utilisation lors de l’évènement annuel de l’Office de l’Urbanisme de Genève.

3 - Impression 3D insérée dans la maquette physique.

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Eco-OBSObservatoire transfrontalier des écoquartiers Ewa Renaud, Gilles Desthieux

DescriptifLe projet Eco-OBS a débuté en 2009 et s’inscrit dans le cadre du programme européen INTERREG IVA. Ce projet fédé-rateur entre la France et la Suisse est motivé par la multi-plication des projets transfron-taliers d’aménagement qui font face à des méthodes, des pratiques et des législations bien différentes. Il est issu du partenariat entre hepia et le Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) en France.

Points fortsEco-OBS a pour objectif d’aider à l’élaboration de projets urbains durables en fournissant à leurs porteurs les différents objectifs, enjeux et critères de durabilité à prendre en compte, pour situer leur projet par rapport à d’autres et renforcer leurs compétences à travers une formation adaptée.

Le principe premier de l’observatoire transfrontalier des écoquartiers est de mettre à disposition des porteurs de projets de nouveaux quartiers, ou de quartiers existants en Suisse ou en France, des outils et des élé-ments pour observer et évaluer leurs quartiers selon une grille d’analyse commune. Il s’agit d’une démarche d’auto-évaluation.

Le projet s’appuie sur une plate-forme Internet (www.eco-obs.org) qui propose :

Plusieurs outils pour évaluer les quartiers, qui permettent de guider les personnes dans la planification de leur projet de quartier :

• outil SMEO : pour l’analyse d’un quartier selon une grille multicritères commune pour la Suisse et pour la France ;

• outil Ulysse : pour l’analyse de la complexité urbaine à travers la causalité entre les critères ;

• outil benchmarking : pour comparer un quartier avec d’autres.

Un centre de ressources qui rassemble des supports utiles pour la pla-nification et l’évaluation de quartiers. Il dispose d’un référentiel des éco-quartiers sur le territoire transfrontalier et d’une interface « Wiki » interactive proposant par critère des définitions, méthodes d’évaluation, dispositifs légaux, méthodes et techniques.

Eco-OBS a également pour objectif de définir les besoins en formation sur le thème des écoquartiers pour les professionnels de la planification urbaine afin de mettre en place des modules de formation.

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ValorisationLes outils proposés par Eco-OBS sont dans un premier temps testés sur des quartiers pilotes. Par la suite, les porteurs de projets d’autres quartiers pourront saisir les informations selon le principe d’auto- évaluation. Plusieurs publications « cahiers Eco-OBS » ainsi que des articles scientifiques ont servi à la valorisation du projet. Le projet a également été présenté durant des séminaires transfrontaliers et lors de confé-rences ayant trait à l’urbanisme durable en Suisse et en France.

Légendes

1 - Bannière internet Eco-OBS2 - MICA Mon-Idee-Communaux-d’Ambilly

©Bonnet Architectes 3 - Image de synthèse du site des Vergers,

Commune de Meyrin. ©Archigraphie.ch 4 - Vue d’un écoquartier. ©Patriarche & Co

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EnerCADLogiciel interactif de conception et d’optimisation thermique Reto Camponovo, Peter Gallinelli, Pascal Thomann

DescriptifEnerCAD est un environnement interactif de conception et d’optimisation thermique destiné aux architectes, ingénieurs thermiciens et maîtres d’ouvrage. Ce programme permet aux usagers d’établir un bilan ther-mique pour un bâtiment dès les premières phases d’un projet conformément à la norme SIA 380 / 1 : 2009. Les résultats peuvent être imprimés sous forme de formulaires officiels et admis pour les autorisations de construire, avec différents graphiques ou rapports.

Points fortsFormulaires de justification par performances globales et ponctuelles.• Outil de calcul des valeurs

U stationnaires et des valeurs U dynamiques.

• Calcul de composants homogènes et in-homogènes avec évaluation du risque de condensation.

• Ponts thermiques avec prise en compte détaillé du milieu voisin.

• Diffusion de vapeur : calcul des pressions par-tielles, de saturation et zone de condensation.

• Résultat en temps réel.• Multi-plate-forme MAC-OS,

Windows et Linux / Unix.• Multilingue : français, allemand,

italien.

Le programme EnerCAD est un ensemble d’outils de calcul et de simulation en rapport avec l’énergie dans le bâtiment. Il permet une saisie du projet aisée et rapide grâce à son interface graphique et conviviale. De nombreux utilitaires et bibliothèques, intégrés dans le programme (matériaux, composants), facilitent le travail.

Un des atouts principaux du logiciel est l’approche énergétique réalisée qui fait partie intégrante du projet bâtiment dès ses premières heures. Le logiciel n’est pas juste un outil à produire des formulaires de justification pour le permis de construire.

Les résultats sont présentés sous forme de graphiques et de tableaux permettant une compréhension rapide. Le programme offre également la possibilité d’évaluer le potentiel solaire actif (chauffage, production d’eau chaude sanitaire et photovoltaïque) du bâtiment étudié.

EnerCAD est homologué depuis début 2002 pour le calcul de la demande de chaleur de chauffage lors des autorisations de construire.

Un effort particulier a été porté sur l’aide au développement d’un projet. Outre un retour d’information immédiat suite à la modification d’un para-mètre constructif par une actualisation du calcul en temps réel, EnerCAD intègre une évaluation de la conformité de l’efficacité énergétique pendant la saisie des éléments d’enveloppe.

Ce logiciel s’adresse particulièrement aux architectes mais aussi aux ingénieurs et bureaux d’études souhaitant intégrer l’optimisation énergé-tique des bâtiments dans leur domaine de compétences.

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Présentation EnerCAD : écran de démarrage avec dialogues de sortie (demande de chaleur, bilan mensuel, diagramme des flux). ©leea/hepia

ValorisationDes licences professionnelles qui sont vendues aux spécialistes des métiers du bâtiment sont accompagnées d’un helpdesk. Cette aide en ligne va bien plus loin qu’une aide informatique et traite également des questions liées aux normes en vigueur et prodigue des conseils sommaires.Le logiciel est également utilisé à des fins didactiques dans les écoles d’ingénieurs, les universités et pour des cours de formation continue.

Equipement particulier• Ecobilan : EnerCAD propose l’évaluation de la masse [kg/m²] et des trois principaux

indicateurs écologiques selon le KBOB / eco-bau : - la part d’énergie grise non renouvelable en MJ NRE, - la contribution à l’émission de gaz à effet de serre en kgEqCO2 et - les écopoints UBP (Umwelt-Belastungs-Punkte).

• CEB : Certificat énergétique du bâtiment selon cahier technique SIA 2031 (SN

EN 15217 et SN EN 15603).

• Gestionnaire des matériaux : En offrant un gestionnaire de matériaux avec un accès en ligne aux

catalogues de fabricants, EnerCAD est mieux que jamais armé pour optimiser votre projet sous son aspect thermique, qu’il s’agisse de constructions neuves, de rénovations ou encore de réalisations à hautes performances énergétiques (Minergie, Minergie-p, Passif).

Fiche 2

Légendes

1 - Outil valeur U : calcul de la valeur U statique et dynamique. © leea/hepia

2 - Catalogue des matériaux : gestionnaire des propres matériaux et des matériaux de fabricants. © leea/hepia

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Fiche 3

ETF-KitMéthode d’estimation de la reproduction naturelle des salmonidés en rivière Zsolt Vecsernyés, Jean-François RubinDamien Robert-Charrue

DescriptifLe projet Egg-to-Fry (ETF) consiste à développer une méthode de mesure permettant d’évaluer la qualité des rivières à travers les premiers stades de vie des salmonidés. Durant la phase de l’œuf à l’émergence (Egg-to-Fry), les jeunes alevins dépendent directement de la qualité de l’eau interstitielle (circulant dans le gravier). De ce fait, connaître le taux de survie des premiers stades de développement des salmonidés permet de démontrer la qualité des rivières et de leurs bassins versants.

Points fortsLe but de ce projet est de fournir aux gestionnaires des cours d’eau un outil d’aide à la décision. Le kit n’améliore pas directement la qualité de nos rivières mais constitue une aide à la gestion. En effet, il propose un diagnostic représentatif de l’état écologique ainsi que de la qualité piscicole des rivières et de leurs bassins versants. Cette méthode permet également de cibler dans le temps et dans l’espace des problèmes particuliers, comme des sources de pollutions épisodiques ou des rejets illégaux.

Les truites, comme les autres salmonidés, sont très sensibles à la qualité de leur habitat, aux variations de la température ainsi qu’à la qualité de l’eau. L’état des populations témoigne donc de la bonne santé des écosystèmes aquatiques. Les jeunes salmonidés sont particulièrement exigeants en ce qui concerne les propriétés de l’eau et, de ce fait, à l’état de l’ensemble du bassin versant. En somme, l’étude des premiers stades de vie nous permet de cerner les problèmes d’une rivière à différentes échelles grâce à l’exigence et à la sensibilité des salmonidés aux différents facteurs biotiques et abiotiques.

De nos jours, les personnes en charge des cours d’eau et de la faune piscicole disposent de trois options de gestion des rivières. Le problème fondamental est de savoir laquelle choisir en fonction des impératifs écolo-giques, administratifs, sociaux et financiers que ce choix va engendrer.

• Option 1) La non-intervention. Lorsque la reproduction naturelle fonctionne et que la population

piscicole est stable.

• Option 2) Le repeuplement. Cette technique consiste à élever des poissons en pisciculture, puis à

les réintroduire dans le milieu naturel.

• Option 3) La renaturation. Cette voie consiste à étudier la population piscicole et le milieu dans

lequel elle vit, afin d’identifier les causes de diminution des effectifs et / ou les facteurs limitants des populations.

ETF-Kit est une méthode ayant pour but d’aider les gestionnaires dans ces choix. En estimant la réussite de la reproduction et en la corrélant aux paramètres physico-chimiques de l’eau, il est possible de mettre en évi-dence les dysfonctionnements des écosystèmes aquatiques.

Alevins de truite après émergence. © Damien Robert-Charrue

Fiche 3

ValorisationActuellement, le projet ETF-Kit collecte des données pour étalonner la méthode. Plusieurs rivières sont échantillonnées en Suisse Romande et les résultats ont déjà permis d’affiner la méthode et les outils.La méthode fera l’objet de différentes publications pour informer des résultats obtenus. De plus, un brevet concernant les outils devrait être déposé.

Equipement particulierLe projet prévoit de mettre à disposition des gestionnaires un kit de mesure composé de deux outils principaux :

• Des boîtes de développement permettent aux œufs de salmonidés de se développer de manière naturelle. Celles-ci sont insérées dans les rivières à étudier, puis sont relevées aux stades clés du développement des espèces. La conception de ces boîtes permet également de réaliser des prélèvements de l’eau s’écoulant sous le gravier et donc de mesurer la qualité de l’eau interstitielle de manière simple et rapide.

• Une sonde multiparamètres de terrain permet de mesurer, de manière sporadique et selon les besoins, les variables principales limitant le développement des premiers stades de vie des salmonidés. Cet outil permet de réaliser en quelques minutes une série d’analyses in situ.

Légendes

1 - Œufs de truites dans le gravier.2 - Alevins venant d’éclore de l’œuf.3 - Alevins émergés dans l’Aubonne.4 - Boîtes dans une frayère artificielle.5 - Extraction des boîtes.6 - Zone naturelle où les truites viennent se

reproduire. © Damien Robert-Charrue

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Fiche 4

SIG-Solaire Outil géoréférencé d’analyse du potentiel solaire. Application au cadastre solaire du canton de GenèveGilles Desthieux (hepia), Claudio Carneiro (EPFL), Eugenio Morello (Politecnico di Milano)

DescriptifTrois chercheurs d’institutions académiques différentes ont développé un outil « SIG-solaire » qui a été mis à disposition de la présente étude sur le canton de Genève. Il permet d’évaluer de façon systématique l’irradiation solaire accessible sur le territoire et particulièrement sur les toits des bâtiments. Il se base sur les données météorologiques locales ainsi que sur les données géo-graphiques facilement dispo-nibles, par exemple au travers du Système d’information du territoire genevois (SITG).

Points forts• Cartographie du potentiel

solaire de façon systématique et automatique sur un large territoire, en s’appuyant sur les données 3D des bâtiments.

• Communication au public sur le potentiel solaire des toitures.

• Gain de temps dans les avant-projets d’installation de collecteurs solaires (nombreux déplacements in situ évités).

• Découverte du potentiel solaire sur d’autres objets que les faces de toits (sur le terrain par exemple abris, parkings, etc.).

L’outil proposé est issu d’un travail interdisciplinaire mettant en synergie un certain nombre de compétences et de techniques dans les domaines de la télédétection, des systèmes d’information géographique (SIG) 2D et 3D, de l’analyse d’images, et des indicateurs environnementaux. Il permet d’évaluer l’irradiation solaire sur le territoire à différentes échelles temporelles avec une précision et une fiabilité tout à fait satisfaisantes pour les besoins énoncés par les mandants ; ceci grâce à la reconstitution précise du territoire en 3D au travers des données aéroportées LiDAR et à une intégration des différentes sources d’ombrage.

L’ombrage sur la composante directe de l’irradiation est évalué à chaque heure d’une journée type à partir d’un voisinage proche (bâti, arbres), ou lointain (relief). Le facteur d’ombrage sur la composante diffuse peut être approché par le Sky view factor, qui analyse le degré de visibilité ou la non-obstruction dans le demi-hémisphère centré sur un point donné, selon le principe du « Fisheye ».

Les résultats bruts d’irradiation sont ensuite traités, dans une phase de post-traitement, dans des outils SIG pour produire des indicateurs utiles pour la communication et l’aide à la planification et à la décision. Dans le cas de la présente étude, il s’agit de statistiques d’irradiation (moyenne, médiane, minimum, maximum, écart type) calculées sur les vecteurs des toitures à partir des résultats en mode raster.

Cependant, d’autres indicateurs utiles, tels que le facteur d’ombrage, les parties de toiture utiles et en définitive les potentiels thermiques ou photovoltaïques pourront être calculés sur la base de ces résultats.

Irradiation solaire sur la ville de Genève.

Fiche 4

ValorisationL’outil SIG-solaire a pu être mis en œuvre afin d’élaborer le cadastre solaire sur tout le canton de Genève, sous mandat du Service cantonal de l’énergie (ScanE) et des Services Industriels de Genève (SIG), notamment grâce aux puissances de calcul et au traitement spatial systématique et automatisé propre aux SIG, tout en gardant une grande précision d’analyse (pixel de 0.5 m) nécessaire à une analyse fine de l’irradiation solaire sur les toitures.Les applications des résultats du cadastre solaire sont multiples dans le cadre de la planification énergétique territoriale : implications sur le marché immobilier en redéfinissant la valeur des bâtiments par rapport à leur potentiel énergétique solaire en toiture, leviers d’actions pour les collectivités pour inciter à l’accroissement de l’installation de panneaux solaires à travers différentes mesures et actions.

Equipement particulierLes scripts développés dans le logiciel MatLab permettent de calculer l’irradiation horaire à partir de données météorologiques et tenant compte des ombres portées.

Les valeurs horaires d’irradiation sur plan horizontal sont issues de Meteonorm (v6.1) qui établit des valeurs statistiques à partir des données mesurées à Genève-Cointrin sur la période 1980-2000.

Les outils de système d’information géographique, tels que ArcGIS, per-mettent de traiter les données d’altitude issues du LiDAR pour reconstituer le modèle en 3D du territoire, sur lequel est calculé le potentiel d’irradiation solaire, et, dans une phase de post-traitement, de produire les indicateurs utiles pour la communication et l’aide à la décision.

Légendes

1 - Irradiation solaire moyenne annuelle sur les toitures – quartier des Charmilles (Genève).

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Fiche 5

g-boxCalorimètre solaire mobile pour mesure des performances énergétiques réelles des « systèmes de façade transparents »Peter Gallinelli, Dimitri Crivellin, Reto Camponovo

Descriptifg-box est un calorimètre solaire qui mesure les flux thermiques au travers des « systèmes de façade translucides ». L’appareil est composé de deux enceintes isolées placées derrière deux fenêtres à mesurer, dont l’une peut servir de référentiel. L’enceinte est maintenue à tem-pérature constante moyennant un groupe de froid / chaud. La chaleur évacuée / apportée est mesurée par le débit du liquide caloporteur et la différence de température entre entrée et sortie de l’échangeur de chaleur dans l’enceinte.

Points fortsSi certains laboratoires de recherche sont dotés de calori-mètres (LBNL Berkley, EMPA...), ces derniers sont stationnaires en raison de leur grande taille ; g-box est transportable et ouvre ainsi la possibilité de mesurer in situ les propriétés de façade de bâtiments en exploitation et d’approcher ce type d’instru-mentation de clients potentiels.

L’architecturale contemporaine se caractérise par la transparence qui se traduit par une forte utilisation du verre dans la construction. Amplifiée par la perspective d’étés plus longs et plus chauds ainsi que par le phénomène de l’apparition d’îlot de chaleur urbain, qui est le corollaire d’une urbanisa-tion galopante, la surchauffe estivale des bâtiments est un sujet d’actualité qui peut déboucher sur de l’inconfort et donc provoquer un recours accru au froid artificiel engendrant une surconsommation énergétique.

Malgré le perfectionnement des systèmes de façade, la problématique persiste car les performances théoriques établies sur papier ou en labo-ratoire se retrouvent difficilement dans la réalité construite. Ceci, du fait que, d’une part, la réalité construite est souvent bien plus complexe à cerner qu’un environnement de laboratoire, et que, d’autre part, les systèmes de façades se caractérisent par une multitude d’interactions complexe entre leurs constituants : ouvertures, verres, protections solaires intérieures et extérieures, comportement des occupants, climat réel…

Si l’édition 2007 de la norme SIA 382/1 « Installations de ventilation et de climatisation – Bases générales et performances requises » donne un cadre aux coefficients de transmission d’énergie solaire des fenêtres (valeurs g) à atteindre par la combinaison du verre et des protections solaires, il n’est pas aisé de parvenir aux valeurs exigées, en particulier dans le cas de bâtiments fortement vitrés. Selon le contexte bâti et le choix des verres, des teintes, de la disposition et du mode opératoire, la valeur g réelle peut aisément dépasser de plusieurs pourcents l’objectif théorique. Il peut en résulter une surchauffe estivale des bâtiments nécessitant le recours aux systèmes de refroidissement actifs, par définition énergétivores.

Il n’existe pas d’appareil transportable qui permette de mesurer et d’expertiser le comportement réel des façades construites. Le projet g-box consiste dans le développement d’un calorimètre transportable perfec-tionné qui, contrairement aux bancs de mesure fixes en laboratoire, peut être mis en œuvre sur les façades de bâtiments existants ou sur des échantillons de façades représentatives pour en qualifier le fonctionnement thermique (simple peau, double peau) en conditions d’exploitation réelles. A ce titre, l’appareil trouve également son utilité dans le cadre d’expertises.

L’exploitation du g-box permet d’accéder à la mesure, l’expertise et la documentation d’un large éventail de systèmes réels, qui peut à son tour constituer un référentiel très utile aux constructeurs (architectes, ingénieurs).

Fiche 5

ValorisationLes données récoltées et les connaissances acquises sont directement utiles aux professionnels. Elles sont en effet immédiatement exploi-tables. Par ailleurs, ces connaissances peuvent en outre être parfaite-ment intégrées à la formation des constructeurs (architectes, façadiers, etc.), notamment dans le contexte de cours ad-hoc (Bachelor, Master, Formation continue) et dans le cadre de la formation de base. La création d’un portail Internet spécifique à cette problématique d’actualité est prévue.

Equipement particulierLe développement de la g-box se base sur un prototype développé dans le contexte de l’expertise d’une verrière de centre commercial à Genève ayant permis de tester l’effet de films antisolaires. g-box fait appel aux derniers capteurs et dispositifs de régulation utilisés dans le domaine des processus industriels ; d’autres éléments sont issus du domaine de l’industrie chimique et de la mécanique. La prise de mesures est basée sur les acquisiteurs et capteurs couramment utilisés au LEEA pour la mesure en thermique du bâtiment.

g-box est un exemple de la convergence de compétences complémentaires au sein d’hepia et de la collaboration avec d’autres institutions (SUPSI).

Légendes

1 - g-box duo en exploitation (hepia). © Peter Gallinelli

2 - g-box duo (SUPSI). © Peter Gallinelli3 - Fabrication du caisson de l’enceinte.

© Dimitri Crivellin 4 - Fabrication de l’échangeur.

© Dimitri Crivellin5 - g-box schéma synoptique.6 - Interface chaîne de régulation

et d’acquisition.

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Fiche 6

LEMS Essais des Matériaux et des StructuresMichel Noverraz

DescriptifLes essais de matériaux et structures sont incontournables dans le secteur privé et repré-sentent également un apport concret dans l’enseignement de la connaissance des matériaux utilisés dans la construction.A cet effet, le LEMS (laboratoire d’essais des matériaux et des structures) effectue de nom-breuses expertises pour le compte du DCTI (département des constructions et des techno-logies de l’information), de bureaux d’études ou d’entre-prises de la construction, notamment des essais pour définir les qualités des matériaux utilisés dans la réalisation de nouveaux ouvrages ou la réno-vation d’ouvrages existants.Les essais effectués sont confor-mes aux normes en vigueur.

Points fortsLes ressources, l’expérience et les réseaux relationnels du LEMS au sein d’hepia permettent de traiter de manière pluridiscipli-naire les projets et mandats Ra&D qui lui sont confiés, en recherchant et en privilégiant le dialogue avec le mandant. A cette fin, et en partenariat avec le mandant, le projet est décom-posé en ses volets théoriques, numériques et expérimentaux pour disposer d’une analyse complète des projets traités.

Domaines privilégiés de compétences

Le LEMS dispose de compétences en recherche appliquée et développe-ment (Ra&D) dans les domaines des matériaux de construction :

• essais sur les matériaux

• analyse des structures

• essais sur des éléments de structure

• contrôle et essais in situ

Activités principales (liste non exhaustive)

Essais pour le compte de bureaux d’études ou d’entreprises de la construc-tion, notamment des essais de résistance du béton à la compression ou d’armatures de béton à la traction.

Essais d’éléments de structures réalisés également dans les domaines de l’acier, de l’aluminium, du bois ou du béton ainsi que des expertises de structures existantes :

• essais de comportement et de résistance des structures en vraie grandeur ;

• essais de compression, traction et / ou flexion ;

• mesures des déformations des structures au moyen de capteurs inductifs et/ou de jauges de déformation.

Participation à l’enseignement de la connaissance des matériaux utilisés dans la construction. Conception, réalisation et essais de structures en vraie grandeur afin de compléter l’enseignement de la mécanique des structures en acier, en bois et en béton.

Essais pour l’optimisation de poutres de coffrage en aluminium.

Fiche 6

ValorisationDescription de mandats réalisés par le LEMS :• Calculs, dimensionnement et essais de nouveaux types de coffrages

pour les dalles, pour la société HK Services SA afin de mettre sur le marché des plateaux de coffrages composés de poutrelles et de tubes en aluminium.

• Analyse et relevés de la poussée du béton sur les coffrages.• Essais de fixations par ventouse.• Essais de liaisons bois-béton.• Essais d’allongement de peinture à basse température.• Analyse de marches d’escalier en béton préfabriqués.

Equipement particulier• Presse pour essais de compression et détermination du module d’élas-

ticité des matériaux (Fmax 5000 kN, hauteur 0.60 m). • Presse pour essais de compression (Fmax 2000 kN, hauteur 2.70 m). • Presse polyvalente pour essais de compression, traction, flexion (Fmax

200 kN). • Portique d’essai de flexion (Fmax = 2 x 60 kN, 2 x 120 kN ou 2 x 300 kN ;

hauteur 2.60 m, largeur 2.00 m, longueur de la base d’essai 9.00 m). • Armoire climatique pour essais de –27° à +180° et essais gel-sel sur béton• Equipement pour essais sur béton frais.• Appareil de mesure FCT 101 pour déterminer la consistance et le

rapport e / c du béton frais.• Equipement pour les essais granulométriques ; bétonnière pour la

fabrication du béton ; moules pour éprouvettes de mortier et béton ; ponceuse pour cubes en béton.

Légendes

1 - Développement d’une suspente sur une pièce de bois.

2 - Développement d’ancrage de garde-corps de ponts.

3 - Analyse pour le CICR de béton en prove-nance du Kenya.

4 - Développement de tables de coffrage pour HK Service SA.

5 - Armoire climatique pour essais Gel-sel.6 - Développement d’un appui à bascule pour

platelage mobile (HK Service SA).

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Fiche 7

PGEEModélisation hydraulique de réseaux d’assainissement urbainsZsolt Vecsernyés

DescriptifEtude du comportement hydro-logique des bassins versants et des réseaux hydrauliques urbains, en vue d’évaluer les débits et les charges des eaux pluviales, eaux usées, eaux mélan gées à évacuer, par temps sec et par temps de pluie.

Points forts• Etude de l’interaction entre

l’hydrologie et l’hydraulique des réseaux d’assainisse-ment urbains.

• Interprétation des réserves de capacité hydraulique face aux développements futurs.

• Evaluation de l’impact sur les milieux récepteurs naturels des charges hydrauliques et des flux de polluants rejetés par le système d’assainissement.

• Analyse du fonctionnement des futurs ouvrages pour une gestion durable des eaux.

Au-delà des modifications climatiques qui influencent les précipitations et l’écoulement au sein des bassins versants, le développement urbain altère la dynamique du transfert des eaux vers les milieux récepteurs. L’étude de l’empreinte de l’urbanisation sur les processus hydrologiques et hydrau-liques permet de proposer des stratégies en vue d’une gestion durable de nos ressources en eaux.

Des simulations numériques hydrologiques et hydrauliques ont été menées, en intégrant le modèle numérique des bassins versants et des réseaux d’évacuation des eaux. Une analyse de sensibilité a été effectuée à partir des précipitations historiques en vue d’identifier les événements les plus représentatifs. De plus, des mesures de débits de longue durée ont permis de valider les méthodes et les résultats de simulations. Grâce à toutes ces données, une analyse comparative a été conduite pour mettre à l’épreuve différentes techniques de gestion des eaux et les mesures envisageables.

L’analyse par modélisation du comportement hydrologique et hydraulique du complexe bassin versant – réseaux a permis de :

• mettre en évidence le degré de contribution des sous-bassins, en f onction de la variabilité des événements pluvieux ;

• identifier les tronçons du réseau d’évacuation ayant un manque de capacité hydraulique ;

• suggérer la mise en séparatif d’une partie du réseau ;

• proposer des ouvrages futurs pour une meilleure gestion des eaux ;

• mettre en place des mesures de gestion des eaux, pour ralentir l’écou-lement sur le bassin versant, limiter les pointes de crue dans les cours d’eau, lutter contre les inondations et élargir le cycle de l’eau.

Réseau d’assainissement urbain montrant l’état actuel et le projet de mise en séparatif.© Roland Cottier

Fiche 7

ValorisationPublication des résultats de l’étude.Réalisation progressive des mesures proposées par l’étude.Transfert de compétences dans les formations bachelor et master, en particulier dans le domaine de l’hydraulique.

Equipement particulier• Laboratoire d’Hydraulique Appliquée d’hepia.

• Canal expérimental, équipé pour l’étalonnage d’un déversoir : sonde ultrasonique, dispositif d’acquisition de données numériques, limnimètre gradué, canal d’approche créé à l’atelier central d’hepia, déversoir d’une STEP, chronomètre, auget calibré.

• Logiciels de modélisation numérique et de simulation hydraulique.

Légendes

1 - Hydrogrammes calculés avec la pluie décennale. Débit d’une STEP limitée grâce au déversoir d’orage. © Zsolt Vecsernyés

2 - Mise en charge de la canalisation due à la pluie décennale, démontrée par simulation hydraulique. © Zsolt Vecsernyés

3 - Construction d’une nouvelle canalisation d’eaux usées. © Zsolt Vecsernyés

4 - Campagne d’étalonnage d’un déversoir de STEP, au Laboratoire d’Hydraulique Appliquée. © Michel Enggist

5 - Installation de l’appareillage de mesure de débit, sur le réseau d’eaux usées. © Zsolt Vecsernyés

6 - Dimensionnement d’un répartiteur de débit, composé d’un déversoir complexe et d’une vanne. © Zsolt Vecsernyés

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Fiche 8Fiche 8

TosaStructCalcul et réalisation de deux éléments préfabriqués en béton fibré ultra performant (BFUP) Bernd Domer, Michel Noverraz

DescriptifLe projet TosaStruct a étudié l’utilisation d’un matériau novateur dans des conditions difficiles. Il s’agit d’un béton fibré ultra performant (dit BFUP). Ce matériau possède plusieurs qualités qui le rend attractif pour une réalisation particulière : une résistance élevée à la compression et à la traction et une excellente qualité de la surface démoulée.

Points forts• Tests en laboratoire de la

résistance du BFUP à la compression et à la traction.

• Validation de l’utilisation de pigments colorés pour ce matériau.

• Tests de mise en place du BFUP pour des coffrages d’une géométrie complexe.

• Réalisation de deux éléments préfabriqués pour l’utilisation dans le cadre du projet TOSA.

Le consortium TOSA (www.tosa2013.com) développe actuellement la prochaine génération de bus électriques. Au lieu d’être lié à une ligne de contact comme pour le système des trolleybus aujourd’hui en service, le consortium propose des bus avec des batteries très puissantes. Ces batteries sont rechargées aux arrêts de ligne dans un temps record : environ 15 secondes uniquement.

Pour prouver la fiabilité de la technologie, le consortium a projeté une ligne de test entre la gare CFF de l’aéroport et Palexpo. Cette ligne à nécessité deux potences de recharge. L’emplacement d’une de ces potences sur le viaduc de l’aéroport avec une capacité de charge réduite et sans possi-bilité d’ancrage au sol fut un véritable challenge pour les ingénieurs d’hepia.

L’application d’un matériau novateur, le béton fibré ultra performant (BFUP), était la solution. La résistance élevée de ce matériau à la traction et à la compression a permis de réduire l’épaisseur des parois de la potence par un facteur 3 et en conséquence, dans la même proportion, le poids propre. Aucune armature passive n’était nécessaire pour renforcer la structure. Avant la production des deux potences en éléments préfabriqués, plusieurs tests en laboratoire ont été menés afin de s’assurer des caractéristiques du matériau.

Les deux éléments préfabriqués d’une géométrie complexe et d’une hauteur de plus que 4 m ont été coulés en une seule fois. La conception du coffrage à du tenir compte des pressions importantes du béton frais ainsi que de la rétraction des éléments formant l’évidement pour éviter une fissuration pendant la phase de prise du ciment.

Après la mise en place des potences de recharge, la ligne a pu être inau-gurée en présence de la conseillère fédérale Doris Leuthard et plusieurs conseillers d’état le 26.05.2013.

Fiche 8

ValorisationPublications• UHPFRC 2013, Proceedings of the RILEM-fib-AFGG International

Symposium on Ultra High Performance Fibre-Reinforced Concrete, Marseille, 2013, « Construction of two precast power units in UGP-FRC »

• Dimension 2/2013, magazine pour la clientèle de l’entreprise Holcim• hepianews 8/2013• Présentation à la journée de la recherche hepia 2013

Equipement particulier• Les équipements de test du LEMS (laboratoire des essais des matériaux

et des structures, voir fiche séparé).

• Logiciel de simulation des structures.Légendes

1 - Ajout des fibres métalliques à la masse cémenteuse du béton.

2 - Coffrage pour le test de fluidité du matériau et des différents aspects de surface.

3 - Essai de la résistance à la flexion.4 - Coffrage de l’élément pendant la

préfabrication.5 - Arrêt « Palexpo » avec potence de

recharge et abri.6 - Arrêt « gare CFF aéroport » lors de

l’inauguration le 26.05.2013 en présence de Doris Leuthard, conseillère fédérale.

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Valorisation La valorisation de la recherche d’inPACT s’est réalisée par des publications scientifiques ou tout-public, des communications dans des congrès, des interventions ponctuelles dans divers médias (TV, radio, journaux), ou encore l’organisation de manifestations scientifiques.

Sélection de valorisations « grand-public »

« L’Etat se lance dans les énergies renouvelables », Tribune de Genève du 27 juillet 2011.

« FAO : Le SITG fête ses 20 ans », FAO, du 20 juillet 2011.

« Du beau partout en ville », Tout-immobilier, du 11 juillet 2011.

« Espaces contemporains : Vincent Desprez La Place des Architectes Paysagistes en Suisse / VD », Espaces contemporains, du 13 mai 2011.

« Genève se mobilise en faveur des toitures végétalisées », L. Daune, N. Mongé, Tribune de Genève, du 21 mars 2011.

« Comme dans une peinture hollandaise », N. Pham, Le Temps, du 22 janvier 2011.

Sélection de valorisation scientifique

Gori V., Balocco C., Carneiro C., Desthieux G., Morello E. « The evaluation of solar energy potential and energy needs for heating and lighting using LIDAR data. Applications on two real built up-areas », In: 27th International conference on Passive and Low Energy Architecture (PLEA), Louvain-la-Neuve, Belgium, 13-15 July 2011.

Conférences et prix

Prix de Reconnaissance, Prix climatique Zürich – Marché Suisse Romande, Laureat 2011. SIG Solaire, Gilles Desthieux & all, 2011.

Premier symposium des collectivités romandes sur le chemin de la société à 2000 watts, Forum relatif au bâtiment partant du constat suivant : « L’augmentation de l’efficacité dans les bâtiments est un élément fondamental de la société à 2000 watts, et la réflexion comprend également la mobilité.Des expériences et des instruments (Standard bâtiments 2011, objectifs de performance énergétique SIA) sont présentés et discutés », Modérateur R. Camponovo, 1er février 2012.

Présentation du cadastre solaire dans le cadre du projet solarGIS, réalisé à Genève, à l’occasion des conférences scientifiques et publiques suivantes :

Journée SITG, 24 juin 2011, Unimail, Genève.

SIG2011, Conférence francophone ESRI, 4-5 octobre, Versailles.

GIS day ESRI, 16 novembre, Nyon.

Solar Meeting, 30 novembre, Chambéry.

Geo Summit, 19-12 juin 2012, Berne.

ESRI International User Conference, 23-27 July, San Diego (CA).

inTN

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inTNE

Les activités de recherche de l’institut Terre-Nature-Environnement sont développées dans les domaines de l’agronomie (Terre) et de la gestion de la nature (Nature). L’Environnement intègre ces deux domaines et symbolise la transversalité et la multidisciplinarité des recherches, notamment en relation avec la gestion, la conservation et la valorisation durable des écosystèmes et de leurs ressources, ainsi qu’avec une meilleure production des agrosystèmes, protégeant les eaux, le sol et la vie.

Deux axes stratégiques caractérisent la recherche d’inTNE :

• écologie et gestion des milieux naturels et aménagés (axe 1) ;• fonctions environnementales sous pressions anthropiques dans

les agroécosystèmes (axe 2).

Les principaux objectifs de recherche de notre institut (inTNE) sont :

• développer et promouvoir les outils technologiques, les bases méthodologiques et les prestations pour une gestion des res-sources naturelles adaptée aux sociétés et aux collectivités ;

• contribuer, sur la base d’échanges entre les gestionnaires et les chercheurs, à la mise en place des outils, des méthodes ou des systèmes de gestion durable des ressources et des espaces naturels (axes 1 et 2) ;

• développer des stratégies, des outils et des méthodes de conser-vation et de gestion de la biodiversité, des écosystèmes et du paysage en intégrant conjointement les aspects socioculturels et économiques (axe 1) ;

• promouvoir la connaissance, la compréhension et la valorisation des milieux naturels par le développement d’outils pédagogiques ou la réalisation d’aménagements (documents, supports informa-tiques, aménagements in situ…) (axe 1) ;

• développer les productions respectueuses de l’environnement (axe 2) ;• développer les techniques pour la végétalisation urbaine multi -

fonctions (axe 2) ;• développer les outils de protection des eaux, des sols et des

végétaux (axe 2).

Beat OertliProfesseur HES, Responsable institut inTNEbeat.oertli@hesge.ch

Fiche 1

AQUILARIAComprendre la biosynthèse des molécules de parfum pour les produire par biotechnologieFrançois Lefort

DescriptifLes parfums sont le plus sou-vent d’origine végétale et sont déterminés par des milliers de molécules aliphatiques, cy-cliques et aromatiques, dont les plus importantes sont les ter-pènes. Ce projet particulier doit permettre d’identifier les gènes codant pour les enzymes, qui synthétisent les molécules par-fumées du bois d’aloès, en ré-ponse à une infection fongique. Ce projet s’inscrit dans la re-cherche de solutions alterna-tives pour la production de mo-lécules constitutives des parfums.

Points fortsCe projet a permis de découvrir les aptitudes culturales de l’es-pèce Aquilaria, en hydroponie en particulier pour une croissance accélérée, de sélectionner des clones intéressants pour leur croissance rapide, de déterminer les conditions optimales pour la production de plantes par micro-propagation, de définir les conditions pour la croissance de tissus indifférenciés en culture in vitro sur milieux solides et li-quides et finalement d’identifier des champignons pathogènes inducteurs du métabolisme des terpènes.

En général, les molécules de parfum sont produites par extraction de plantes cultivées ou sauvages, dont la cueillette représente une activité économique importante dans certaines régions. La synthèse chimique a permis de résoudre le problème de rareté donc de cherté de certains parfums. Mais, certains parfums, reposant sur des sesquiterpènes com-plexes, ne sont pas accessibles à la synthèse chimique à des rendements et à des coûts raisonnables. Ils ne sont pas fournis en suffisance par les cultures de plantes ou la cueillette, soit parce que la culture est difficile, soit parce que la plante est rare. Il faut alors rechercher une solution bio-technologique : la biotechnologie va donc en effet se substituer à une production naturelle, indisponible, car devenue rare en raison d’une trop grande exploitation. Certaines ressources végétales sont des plantes ou des arbres rares, en voie de disparition pour certaines espèces, comme le santal, ou Aquilaria spp., donc protégées et inscrites sur la liste rouge de l’UICN, d’autres croissent lentement comme les conifères ou sont sujets à des aléas climatiques ou géopolitiques comme le patchouli. Cette rareté confronte l’industrie des parfums à un véritable défi : s’assurer de l’approvisionnement en ces molécules alors que les ressources cultivées ou naturelles s’amenuisent. La biotechnologie peut aider à répondre à ce défi à l’aide de ce type de projet, qui comprend l’établissement de cultures de plantes en enceintes climatiques, et de cultures in vitro de différentes espèces végétales, sources de parfum en milieux solides ou liquides, pour ensuite rechercher les conditions de culture et de traitements induisant l’expression de gènes impliqués dans la synthèse de ces molé-cules. L’objectif est d’identifier ces gènes et de les isoler pour ensuite envisager des productions biotechnologiques en fermenteurs.

Tissus indifférenciés cultivés à l’obscurité.

Fiche 1

ValorisationCes travaux sont primordiaux pour identifier des gènes codant pour des enzymes synthétisant des terpènes particuliers. La valorisation doit suivre un chemin de validation industrielle de plusieurs années. Les conséquences espérées sont un approvisionnement stable du marché dans les quantités désirées de ces molécules, et, par consé-quent, une pression moindre sur les espèces végétales protégées à partir desquelles sont extraites ces molécules, donc in fine une contri-bution à la protection de la biodiversité.

Equipement particulierDes chambres climatiques pour les cultures in vitro et les cultures in vivo sont requises ainsi que des installations et équipements scientifiques de niveau de sécurité 2 permettant les cultures in vitro en conditions stériles et les cultures de micro-organismes nécessaires aux infections induc-trices ou à la production d’extraits fongiques inducteurs. Les analyses de contenu en terpènes sont effectuées par chromatographie en phase gazeuse combinée à la spectrométrie de masse (GC-MS). Les molécules sont identifiées en comparant leurs spectrogrammes à ceux des banques de données internationales. Hormis le fait de disposer d’équipements spécifiques, un savoir-faire particulier est déterminant pour identifier les conditions de culture et d’induction adaptées à des espèces végétales physiologiquement peu connues.

Légendes

1 - Cultures de plantes à partir d’explants.2 - Croissance de bourgeons sur un explant.3 - Croissance d’un explant sans racine.4 - Plantes d’un an en cultures hydroponiques.5 - Tissu indifférencié vert.6 - Germination in vitro.

© Julien Crovadore et François Lefort

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CensusCalibrage d’une méthode de comptage des sangliers par capture-marquage-recapture Claude Fischer

DescriptifLe sanglier est étroitement lié aux activités humaines en tant qu’espèce de gibier appréciée des chasseurs, mais également de par les dégâts agricoles qu’il provoque. Ces dégâts sont en forte progression. Les besoins de gérer cette espèce se font donc de plus en plus pressants. Le problème pour réaliser une gestion mesurée réside dans la grande difficulté à évaluer la taille et la distribution des populations. Nous proposons une nouvelle méthode d’évaluation des effec-tifs. Cette méthode doit être cali-brée, de façon à évaluer son adéquation.

Points fortsL’innovation est d’offrir aux ac-teurs (gestionnaires, agricul-teurs, chasseurs) un outil de comptage des populations de sangliers suffisamment précis pour réaliser une gestion mesu-rée et durable de cette espèce. Pour atteindre cet objectif, un calibrage de la méthode est in-dispensable. Les gains attendus pour les utilisateurs sont les suivants :• une méthode fonctionnelle

(précision des résultats) ;• un protocole simple à mettre

en œuvre (coût faible) ;• une réduction des dégâts

grâce à des plans de tirs ba-sés sur des données repré-sentatives.

L’impact économique du sanglier sur les cultures et les prairies peut être très important. En 2011, le total des indemnisations de dégâts versées aux agriculteurs a atteint la somme de CHF 230’000.- dans le canton de Neuchâtel, soit plus du double de l’enveloppe budgétaire prévue à cet effet. Le phénomène n’est pas isolé : la tendance montre un accroissement régulier et marqué des dommages aux cultures et aux herbages dans les cantons concernés. En principe, outre la pose de clôtures électriques, les tirs de régulation devraient permettre de minimiser l’importance des dégâts. On remarque toutefois que l’efficacité de ces mesures reste temporaire, notamment car les prélèvements s’effectuent sans pouvoir s’appuyer sur un plan de tir prédéfini.

Cette problématique des dégâts dus aux sangliers, liée à la difficulté d’évaluer correctement les effectifs de cette espèce est au centre des préoccupations des gestionnaires et des biologistes de la faune dans de nombreuses régions en Suisse et à l’étranger. Dans tous les pays peuplés de sangliers, les spécialistes cherchent à mettre au point des méthodes de comptage efficaces, pour pouvoir pratiquer une gestion raisonnée. Ces efforts n’ont jusqu’ici donné aucun résultat probant, les seules méthodes a priori efficaces présentent un coût financier beaucoup trop élevé pour être utilisées en routine par des gestionnaires.

Dans le cadre de ce projet, nous souhaitons optimiser une méthode particulière de capture-marquage-recapture (CMR) particulière, dont les 3 phases de déroulement ne nécessitent aucune intervention humaine. Ces phases sont passives, ce qui permet de réduire les coûts liés à la main-d’œuvre à un minimum et d’éviter des manipulations stressantes pour les animaux. L’optimisation de la méthode requiert toutefois de réaliser un calibrage initial à l’aide de moyens plus lourds.

Fiche 2

Compagnie de sangliers sur un site d’agrainage. © hepia

ValorisationCe projet permet notamment de mettre au point un système d’agrainage qui servira au marquage passif des sangliers. En outre, ce système doit pouvoir être facilement et régulièrement utilisable par les gestion-naires. Ce produit pourra également être présenté en dehors de la zone investiguée. De plus, les résultats obtenus lors de l’étude per-mettront d’approfondir les connaissances sur l’écologie de l’espèce, en particulier l’utilisation de l’espace, et pourront être présentés dans des publications scientifiques et lors de congrès internationaux.

Equipement particulierLe concept et les matériaux utilisés pour l’agrainoire constituent des éléments fondamentaux, au cœur du projet. Un modèle en métal et un modèle en bois sont prévus pour passer les premiers tests. Le système est complété par des pièges-photos placés sur les sites d’agrainages. Ils sont sensés photographier les animaux avec leur marquage, provenant de l’agrainoire. Le calibrage de la méthode nécessite de capturer une série de sangliers afin de les équiper d’émetteurs pour radio-pistage et de transpondeurs passifs. Le radio-pistage permettra de définir si les agrai-noires sont attractifs, et si leur distribution sur le terrain permet d’échan-tillonner une portion représentative d’une population. Les transpondeurs permettront d’identifier si les marquages réalisés au niveau des agrai noires permettent une reconnaissance individuelle des sangliers marqués.

Fiche 2

Légendes

1 - Dégâts dans une prairie.2 - Un agriculteur rebouchant des boutis de

sangliers. 3 - Enceinte de capture pour sangliers.4 - Marquage d’un marcassin avec un trans-

pondeur.© Jean-Marc Weber, SFFN Neuchâtel

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Fiche 3

Clim-arbresPlanter des arbres pour sauver des poissons !Jean-François Rubin

DescriptifLe réchauffement climatique est une réalité qui s’observe parfai-tement dans les rivières de Suisse. Les périodes de séche-resse extrême, enregistrées ces dernières années, entraînent des conditions défavorables pour la faune aquatique en gé-néral et les poissons en particu-lier. Clim-arbres propose une démarche pragmatique cher-chant à lutter, non pas contre le réchauffement climatique en soi, mais contre ses effets en proposant la plantation d’arbres au bord des cours d’eau.

Points fortsClim-arbres est un projet pluridis-ciplinaire issu de la volonté de l’OFEV (Office fédéral de l’envi-ronnement) de mettre en place une nouvelle politique, visant à proposer des campagnes de plantations en bordure des cours d’eau exposés. Où, comment, combien, pour quel montant, sont quelques-unes des questions auxquelles ce projet répond. Clim-arbres est donc un projet concret de biologie appliquée cherchant à trouver des solutions pratiques, directement appli-cables à un problème général. En ce sens, il entre exactement dans la démarche des HES (Hautes écoles spécialisées suisses) qui vise à apporter des réponses concrètes en liaison avec l’écono-mie, la société et l’environnement.

Cette recherche est le fruit du travail d’une équipe pluridisciplinairecomprenant des spécialistes et des étudiants d’hepia (haute-école du paysage d’ingénierie et d’architecture), du WSL (institut fédéral de recherches sur la forêt, la neige et le paysage), de l’EPFL (Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne) et des Universités de Lausanne (Unil) et Genève (Unige). Clim-arbres propose une démarche pragmatique, réaliste et rela-tivement facile à mettre en œuvre localement. Ce sont ces caractéris-tiques qui constituent son caractère innovant. L’objectif poursuivi consiste à tester la possibilité de produire massivement de l’ombre sur les cours d’eau afin de diminuer le réchauffement des eaux. Une élévation moindre de la température de l’eau à certains moments pourrait s’avérer cruciale pour le maintien de certaines espèces sensibles. Clim-arbres répond à 3 questions principales :

• Quels sont les facteurs principaux déterminant la température de l’eau d’une rivière ? Diverses expériences et monitoring ont été mis en place sur le terrain afin de déterminer le régime thermique de diverses rivières. Un modèle thermique est décrit et validé sur la base des données recueillies.

• Où sont les rivières les plus menacées par le réchauffement ? En appliquant le modèle thermique à l’échelle d’une région en fonction de divers scénarios climatiques, on parvient à localiser les rivières susceptibles de souffrir en premier du réchauffement, donc celles sur lesquelles des mesures doivent être prises en priorité.

• Comment protéger ces rivières ? Grâce à diverses expériences en laboratoire et en nature, il s’agit de déterminer quelles sont les essences les mieux à même d’influencer le microclimat des cours d’eau. En fonction des caractéristiques de chaque essence, et de chaque type de site à reboiser, on peut alors établir des fiches techniques donnant toutes les consignes pour effectuer des plantations dans les meilleures conditions.

Le Boiron de Morges, un cours d’eau bien ombragé. © Jean-François Rubin

Fiche 3

ValorisationCe travail a permis de mettre en évidence que les paramètres les plus importants influençant la température d’une rivière, étaient, outre la température de l’air, la distance à la source, la présence d’une forêt en bordure du cours d’eau et l’écomorphologie de la rivière. C’est ainsi que les rivières du Plateau, souvent sans ombrage et canalisées, apparaissent comme celles qui ont le plus à craindre des effets du réchauffement climatique. C’est donc là que devraient se concentrer les efforts de renaturation ces prochaines années.

Equipement particulierAujourd’hui, le vaste réseau d’enregistreurs de température de l’eau des rivières a été repris par les instances cantonales et équipé de plusieurs stations. Ceci représente aujourd’hui plus de 90 points de mesures, qui sont disposés sur tout le territoire vaudois. Ces stations de mesure devraient permettre le développement de nombreuses autres recherches, notamment celles liées à la gestion piscicole.

Légendes

1 - Exemple de rivière sans ombrage.© Pierre-André Frossard

2 - Pose d’enregistreur de température dans l’Hongrin. © Jean-François Rubin

3 - Pose d’une fibre optique dans le Boiron de Morges par l’EPFL. © Jean-François Rubin

4 - Expérience sur le choix des végétaux en chambre de culture. © Ismael Zouaoui

5 - Expérience de choix des végétaux à Lullier. © Jean-François Rubin

6 - Rivière en cours de revitalisation par plantation d’arbres. © Pierre-André Frossard

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Fiche 4

Geni’AlpGénie végétal en rivière de montagnePatrice Prunier, Pierre-André Frossard

DescriptifGeni’Alp vise à promouvoir les techniques de génie végétal au sein d’une réflexion globale de restauration des cours d’eau de montagne en conciliant « sécurité des biens et des personnes » et « préservation des enjeux envi-ronnementaux ». Ce projet s’ins-crit dans le programme INTER-REG IVA, où hepia endosse le rôle de chef de file suisse, au côté de la Région Rhône-Alpes, chef de file français.

Points fortsGeni’Alp aboutit à des résultats concrets, directement utiles aux gestionnaires, à commencer par 6 chantiers pilotes à vocation démonstrative, réalisés sur des cours d’eau où les techniques de génie végétal et techniques mixtes ont été poussées à leurs limites d’utilisation. Un guide développant des éléments d’ex-pertise technique, comprenant également 50 fiches descriptives d’espèces végétales utilisables sur les cours d’eau de montagne ainsi qu’une clé de détermination des saules en repos végétatif a également été réalisé. Enfin, un suivi de la biodiversité sur 60 aménagements existants fournit des résultats inédits.

A mi-chemin entre l’ingénierie et la biologie appliquée, le génie végétal offre aux gestionnaires de cours d’eau des solutions efficaces pour résoudre des problèmes de protection des sols et de protection contre les crues, en s’inspirant de modèles naturels de végétation. En Suisse et en France, les applications se sont multipliées sur de nombreux territoires, dans des contextes variés, nécessitant des adaptations techniques constantes de la part des ingénieurs-biologistes. Toutefois, les gestion-naires des cours d’eau de montagne ont pour l’instant très peu recours au génie végétal, se privant ainsi d’un outil de protection contre les crues particulièrement avantageux pour la protection de l’environnement et du paysage. Sont en cause les contraintes topographiques, climatiques et hydrauliques parfois extrêmes, mais surtout un déficit de connaissances, de références, de vulgarisation et de promotion. Pour combler ce déficit, Geni’Alp a mis sur pied les actions suivantes :

• réalisation de 6 chantiers pilotes (3 sur territoire suisse et 3 sur terri-toire français) à caractère expérimental et démonstratif ;

• campagne de suivi de la biodiversité sur 60 aménagements anciens (végétation, entomofaune et macrofaune benthique) ;

• réalisation d’un guide comprenant des éléments de conception et de dimensionnement ;

• élaboration de fiches descriptives d’espèces ligneuses et herbacées présentant un potentiel d’utilisation intéressant, accompagnées d’une clé de détermination des saules en bourgeons, le genre le plus utilisé en génie végétal ;

• organisation de journées techniques d’information et d’échanges, destinées aux ingénieurs, entreprises et services publics concernés ;

• réalisation de maquettes pédagogiques décrivant les principales techniques utilisables en montagne ;

• mise en place d’une plate-forme d’informations : www.geni-alp.org

Restauration de berge à l’aide de techniques de génie végétal.

Fiche 4

Valorisation3 thèses de Bachelor ont été réalisées sur la thématique Geni’Alp.Les expériences et données acquises sont transférées et enrichissent l’enseignement :• cours de génie biologique, botanique et connaissance des milieux

au niveau Bachelor, en filière GN (Gestion de la Nature) ;• cours d’aménagements hydrauliques au niveau du master MIT

(Master en Ingénierie du Territoire).

Un certain nombre d’articles sont prévus :• revue suisse pour le génie biologique ;• différentes autres publications prévues.Le guide élaboré dans le cadre du projet (gestion, technique et végétation) sera utilisé dans le cadre de l’enseignement. Une plate-forme Internet d’informations subsistera et continuera d’être alimentée suite au projet.

PartenairesPartenaire suisses :• Communes d’Ollon, de Bex et de

Gryon.• Canton de Vaud.

Partenaires français :• IRSTEA, Institut national de re -

cherche en sciences et techno-logies pour l’environnement et l’agriculture.

• ARRA, Association Rivière Rhône Alpes.

• ONF, Office National des Forêts.• SYMASOL, Syndicat mixte des

affluents du sud-ouest lémanique.• SM3A, Syndicat mixte d’aménage-

ment de l’Arve et de ses abords.

Cofinancement pour les partenaires suisses :• Confédération helvétique (Interreg

Fédéral).

• Canton de Genève.• Canton de Vaud.

Cofinancement pour les partenaires français :• FEDER, Fonds Européen de Déve-

loppement Régional (Programme Interreg IVA France-Suisse).

• Agence de l’eau Rhône-Méditer-ranée & Corse.

• Conseil Général de la Haute-Savoie.

Légendes

1 - Journée technique d’information et d’échanges.

2 - Résistance des végétaux aux contraintes physiques.

3 - Phénomène d’érosion en berge de cours d’eau de montagne.

4 - Plantes herbacées présentant un potentiel d’utilisation dans l’aménagement.

5 - Modèle naturel de végétation en berge de cours d’eau de montagne.

6 - Technique de génie végétal en cours de réalisation.

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Fiche 5

VG-BiobedUn biobed vertical et optimisé pour l’épuration des effluents phytosanitaires.Un projet OFEV-Innovation technologiquePascal Boivin, Véronique Guiné

DescriptifCe projet propose une nouvelle technologie de traitement biologi-que pour les effluents contenant des pesticides agricoles (insec-ticides, herbicides et fongicides). Il vise, à partir d’une invention hepia (VG-Biobed®, brevet Env VEG - N/Réf. : 2078CH00/530-2) à élaborer un prototype commer-cialisable. Les hautes écoles : hepia-Genève et EIA-Fribourg, ainsi que le CFPne-Lullier et l’entreprise Ecavert ont participé à ce projet. Le prototype a été mis en service sur l’espace péda-gogique biobeds du Centre de formation professionnelle nature et environnement du domaine de Lullier, espace opérationnel depuis le 13 juin 2011.

Les produits phytosanitaires (insecticides, herbicides, fongicides) utilisés pour protéger les productions végétales se retrouvent en quantité crois-sante dans les eaux de toute la planète. Les études montrent qu’ils sont nocifs pour l’environnement comme pour la santé. Ces pesticides ne pro-viennent généralement pas du traitement des végétaux mais des fuites qui se produisent lors des opérations de préparation et de lavage des appa-reils, sur l’exploitation agricole, le jardin familial ou le service d’espaces verts. On estime jusqu’à 95 % la contribution de ces sources ponctuelles à la contamination de l’environnement. D’où la nécessité de solutions efficaces, c’est-à-dire performantes, peu coûteuses, flexibles, fiables, simples de réalisation et d’entretien.

Le Biobed est né en toute fin de XXè siècle en Europe du nord et s’impose peu à peu. Il s’agit d’une simple fosse remplie de terre mélangée de paille ou de compost. Sur cette fosse sont préparés les traitements et les appa-reils sont lavés. Les effluents qui traversent le substrat sont débarrassés des pesticides par le sol : en effet, le sol les retient et ses microorganismes les dégradent.

Les Biobeds se sont progressivement et empiriquement améliorés. La filière Agronomie hepia, en partenariat avec le Centre de formation professionnelle nature et environnement (CFPne) pour la formation, et avec l’Ecole d’Ingénieurs de Changins (EIC) pour la recherche, se sont saisis du problème. La législation suisse impose des précautions particulières, et l’homologation de systèmes Biobeds modernes reste à faire. Une analyse scientifique doit succéder à l’empirisme, car des limitations ou des risques ont été identifiés. En outre, il faut aussi former les élèves, et les milieux professionnels. L’enjeu financier, sanitaire et environnemental est considé-rable et les producteurs qui demandent à s’équiper, l’ont bien compris.

C’est de cette analyse qu’est né, avec le soutien de l’Office fédéral de l’environnement et du réseau RealTech de la HES-SO, l’espace Biobeds de Lullier. Le service de l’écologie de l’eau à Genève a accompagné ce projet pilote qui présente plusieurs types de Biobeds, dont le Biobed Vertical végétalisé ou VG-Biobed, breveté par hepia et qui se distingue par son faible encombrement, son esthétique et ses performances accrues.

Ces Biobeds sont utilisés pour les 40 hectares de production du domaine de Lullier, qui ne rejettent plus aucun pesticide dans l’environnement depuis 2011. Le contenu de la formation continue, tant celle des apprentis du CFPne que celle des élèves ingénieurs hepia a pu également bénéficier de cet apport.

La recherche continue avec l’objectif d’éliminer les rejets dans les eaux suisses, de fiabiliser les systèmes, de les rendre plus économiques et de réduire l’entretien. Cet objectif est atteignable à des coûts modérés et largement compensés par les économies réalisées en aval.

Points fortsCe projet concerne la mise au point et la réalisation d’un proto-type commercialisable de biobed vertical végétalisé pour le traite-ment des résidus de pesticides contenus dans les eaux de lavage des outils de traitement d’une exploitation agricole. Les objectifs de ce projet sont :• de réaliser la mise au point

d’une structure permettant d’empiler des biobeds de façon souple et fonctionnelle,

• de tester la mise en œuvre de différents types de végétalisa-tion, afin de limiter au maximum l’entretien du mur,

• et de passer à la phase de commercialisation.

Le système proposé ne laisse aucun résidu. Il est conçu pour transpirer l’eau de l’effluent tout en retenant les pesticides dans le substrat et, contrairement aux Biobeds classiques, ne nécessite a priori pas de renouvellement du substrat. Son efficacité est décuplée par rapport aux Biobeds conventionnels. Il est donc beau-coup moins encombrant et moins cher.

Fiche 5

Valorisation• La principale valorisation est la diffusion de cette invention par la

startup Agronomie Ecavert.

• Le VG-Biobed s’est vu décerner le Prix du développement durable (Genève 2010) et de la Foire de Bâle en 2012.

• Cette invention est invitée au salon OEGA 2012. Plusieurs séquences radio lui ont été consacrées (RTS).

Légendes

1 - L’espace Biobed de Lullier.2 - Suivi des performances sur le VG-Biobed®.3 - Suivi des performances sur le VG-Biobed®.4 - Mise en service du VG-Biobed®.

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Valorisation La valorisation de la recherche d’inTNE s’est réalisée par les publications scientifiques ou tout-public, les communications dans des congrès, des interventions ponctuelles dans divers médias (TV, radio, journaux), l’orga-nisation de manifestations scientifiques.

Sélection de valorisations « grand-public »

« Saules d’avant-garde », E. Lierdemann, in Le Temps, du 20 avril 2011.

« Renaturation des rivières : Le Boiron montre l’exemple », J-F. Rubin, in Terre&Nature, du 17 novembre 2011.

« Les banquiers traquent les mauvaises herbes », J-F. Rubin, in 24 Heures, des 12-13 novembre 2011.

« Le Boiron et sa « Maison » sous la loupe des experts », J-F. Rubin, in 24 Heures, du 18 octobre 2011.

« Une grave pollution frappe la Maison de la Rivière » de J-F. Rubin, in 24 Heures, du 28 septembre 2011.

« Qui a tué le lapin ? La Maison de la Rivière organise un jeu télévisé inspiré de la série des Experts », J-F. Rubin, in Coopération, du 5 juillet 2011.

«Les héros de la mare», B. Oertli, in Emission Impatience (RSR) à l’occasion du numéro de Salamandre, du 9 mai 2011.

« Un oui à la Maison de la Rivière », J-F. Rubin, in 24 Heures, du 14 juillet 2011.

« Lorsque le Rhône divague librement… », J-F. Rubin, in Le Temps, du 7 juillet 2011.

« Retour sous les eaux du Léman », J-F. Rubin, in Le Temps, du 15 juin 2011.

« Les poissons meurent épuisés par le sexe ! », J-F. Rubin, in 20 Minutes, du 14 juin 2011.

« En Suisse aussi on peut pêcher au gros », J-F. Rubin, in Matin Dimanche, du 17 avril 2011.

« La Maison de la Rivière franchit un nouvel écueil », J-F. Rubin, in 24 Heures, du 9 avril 2011.

« Au milieu de la Maison de la rivière coulera le Boiron », J-F. Rubin, in Tribune de Genève, du 26 février 2011.

« Du Renard à la libellule ! », C. Fischer, in Tribune de Genève, du 27 juin 2011.

« La nature-un lieu d’apprentissage complémentaire », A. Finger-Stich, in L’Educateur, du 19 août 2011.

« Dix sangliers épiés par la radio », C. Fischer, in L’Express, du 20 juillet 2011.

« Nouveau test ADN - Ginkgo Biloba », F. Lefort, in Tribune de Genève, du 30 mai 2011.

« Filtre végétal contre les pesticides », P. Boivin in Emission Impatience – RSR – interview P. Boivin, du 5 octobre 2011.

« Première serre commerciale sur un toit à Montréal », Invité : Pascal Boivin, responsable de la filière agronomie à hepia, Journal du matin interCités : Lien sur le site d’interCités du 6 juillet, du 6 juillet 2011.

« A l’ombre des glycines », R. Perroulaz, in Le Temps, du 13 avril 2011.

« Permacole attitude », N. Freyre, in Le Temps, du 3 juin 2011.

« Pour éliminer les pesticides », P.Boivin, in AgriHebdo, du 20 mai 2011.

« Le traitement des effluents », P. Boivin, in Horticulture Romande, du 20 mai 2011.

« Des épurateurs biologiques pour éliminer les pesticides », P. Boivin, in Agrigate, du 13 mai 2011.

« Genève à la pointe de la lutte contre les pesticides », P. Boivin, in Tribune de Genève, du 13 mai 2011.

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« Des épurateurs biologiques pour éliminer les pesticides », P. Boivin, in Agriculture, du 13 mai 2011.

« Des épurateurs biologiques pour éliminer les pesticides », P. Boivin, in Union Suisse des Paysans, du 12 mai 2011.

« Genève lutte contre les pesticides », P. Boivin, in Tribune de Genève, du 12 mai 2011.

« Des épurateurs biologiques pour éliminer les pesticides », P. Boivin, in ATS Environnement, du 12 mai 2011.

Sélection de publications scientifiques

Evette A., Balique C., Lavaine C., Rey F. and Prunier P. 2011. « Using ecological and biogeo-graphical features to produce a typology of the plant species used in bioengineering for riverbank protection in Europe », River Research and Applications DOI : 10.1002.rra.1560.

Rosset V., Oertli B. 2011. « Freshwater biodiversity under climate warming pressure: identificate the winners and the losers in temperate standing waterbodies », Biological Conservation 144, 2311-2319.

Céréghino, R., Oertli, B., Bazzanti, M., Coccia, C., Compin, A., Biggs, J., Bressi, N., Grillas, P., Hull, A., Kalettka, T., Scher, O., Nicolet, P., 2012. « Biological traits of European pond macroinvertebrates ». Hydrobiologia 689, 51-61.

Finger-Stich A. et Giesch C.2011. « Villes, pays et forêts: la donne a changé », La Forêt 10/11, 10-11.

Fischer C. 2011. « Wildschweine im Kanton Genf : Raumverhalten und Umgang mit den Schäden », Wildforschung in Baden-Württemberg, Band 9.

Fischer C. 2011. « Des pistes pour améliorer la situation du lièvre dans le Jura », Annales de sciences naturelles en Pays jurassien.

Do Linh San E., Ferrari N., Fischer C. and Weber J.-M. 2011. « Ecology of European badgers (Meles meles) in rural areas of Western Switzerland, Medium Sized Carnivores in Agricultural Landscapes », Eds. Rosalino & Gheler-Costa, Nova Science Publishers Inc.

Dagno K., Crovadore C., Lefort F., Lahlali R., Lassois L., Jijakli M.H. 2011. « Alternaria jacinthicola, a new fungal species causing blight leaf disease on water hyacinth (Eichhornia crassipes) », Mali, Journal of Yeast and fungal Research, 2 : 99 – 105.

Boivin P. 2011. « Removal of pesticide wastes on farm : vertical green biobed -case study », WIPO Swiss Technologies Transfer Report 2011.

Guifang Q., Michel J-C., Boivin P. 2011. « A Laboratory Device for Continual Measure-ment of Water Retention and Shrink. Swell Properties during Drying Wetting Cycles », HortScience, 46, 1298-1302.

Boivin P., Kohler-Milleret R. 2011. « Soil Biota, Impact on Physical Properties » : Ency-clopedia of Agrophysics 1st Edition (eds. Glinski, J., Horabik, J. & Lipiec, J.), pp. 1100 p. 1450. Springer, Heidelberg.

Boivin P. 2011. « Shrinkage and swelling phenomena in soils ». In : Encyclopedia of Agro-physics 1st edition (eds. Glinski, J., Horabik, J. & Lipiec, J.), pp. 1100 p. 1450. Springer, Heidelberg, 2011.

Boivin P. 2011. « Cracking in soils », in : Encyclopedia of Agrophysics, 1st edition (eds. Glinski, J., Horabik, J. & Lipiec, J.), pp. 1100 p. 1450. Springer, Heidelberg.

Conférences et congrès

Melis S., Boivin P., Guiné V., Abiven S. & Krebs R « Cobaltihexamine and Metson CEC measures on different organic surfaces (biochars and hydrothermal chars », Poster Congrès annuel SSP 10-11 février 2011 Frauenfeld.

Villacres D., Guiné V., Freyre N. & Boivin P. « Contribution of earthworms in the mainte-nance of biobeds ». Présentation orale Congrès annuel SSP 10-11 février 2011 Frauenfeld.

Fischer C., Tagand R., « Spatial behaviour and survival of translocated wild Brown Hares », Communication orale au 30th IUGB Congress, Barcelona, September 2011.

Hausser Y., Tagand R., Vimercati E. and Fischer C. « Preliminary results of wildlife surveys in a multiple use protected area of Western Tanzania », Presented at the 30th IUGB Congress, Barcelona, September 2011.

Keuling O., Baubet E., Duscher A., Ebert C., Fischer C., Monaco A., Podgorski T., Prévot C., Sodeikat G., Stier N., and Thurfjell H. « Mortality rates of wild boar in Europe as a tool for wild boar management ». Oral communication presented at the 30th IUGB Congress, Barcelona, September 2011.

Greulich F., Prunier P., Delarze R., Hegg O., Klötzli F., Pantke R., Steiger P., Vittoz P. « Approach for a reference frame for plants communities in Switzerland », in the 20th European Vegetation Survey Workshop, Roma, Italy, April 6-9, 2011.

Prunier P., Duret S., Hostein C. & Mombrial F. « Shifts in the Jura and plant alpine communities : toward mountain intensification ? », in the 20th European Vegetation Survey Workshop, Roma, Italy, April 6-9, 2011.

Winkler K., Weiss S., Grimardias D., Persat H., and Cattanéo F. « Genetic characterization of European grayling (Thymallus thymallus L.) from Switzerland and cross-boarder France – Implications for conservation and management », in Fisheries Society of the British Isles, Annual International Conference 2011 : ‘Fish diversity and conservation : current state of knowledge’, Bournemouth, England, 18-22 July 2011.

Finger-Stich A. « Petits plans d’eau alpins autant de diversité des valeurs patrimo-niales ». Présentation aux Rencontres scientifiques, Réseau Lacs Sentinelles, Le Bourget du Lac, Université de Savoie, 23 novembre 2011.

Finger-Stich A., Châtelain C. « Have ICCA still their place in the mountain forests and territories of the French and Swiss Alps ? » Communication à la conférence « Under-standing Community Conservation in Europe ». ICCA forum (Indigenous and community conserved areas), Gerace, Italie. 12 sept. 2011.

Hausser Y. « Community Based Wildlife Management in Africa : a comparison of approaches, Central African Republic, Tanzania and Benin. A perspective from practice », presented to the Workshop « De-constructing Biodiversity », Göttingen University, Germany, 23 – 24.09.2011.

Hausser Y. « Rives du Léman : patrimoine naturel et tourisme durable, opportunités et défis », Communication présentée à la Journée Mondiale des Zones Humides organisée par la LPO et le SYMASOL, 11 février 2012, Excenevex.

Crovadore J., Schalk M., Lefort F. « Selection and mass production of Santalum Album L. calli for searching functional genes of the sesquiterpenes metabolism pathway », at 7th International Symposium on In Vitro Culture and Horticultural Breeding Biotechnological Advances in In Vitro Horticultural Breeding (ISHS), Ghent, Belgium, September 18-22, 2011.

Ilg C., Oertli B., Angélibert S., Finger-Stich A., Frossard P.-A., Lefort F., Crovadore J., Schmid S., Piantini U. and Bollinger J. « The RestorAlps project : conservation of the alpine freshwater biodiversity threatened by climate warming », at EConnect Final Conference, Berchtesgaden, Germany, September, 26-28, 2011.

Vuagnat D., Coutant C., Richozpilon P., Fleury I., Kehrli P., Maignet P., Kuske S. Fleury D. and Lefort F. « Evaluation of entomopathogenic fungi strains potentially usable against economic pest in vineyards & orchards », at 6th Annual Biocontrol Industry Meeting, 24-26 october 2011, Lucerne, Switzerland.

inST

I

inSTI

inSTI est l’institut de recherche du département des technologies industrielles d’hepia. Il se veut un partenaire de choix en matière de recherche et développement pour le tissu industriel local et régional mais aussi pour les collectivités.

inSTI développe des compétences dans les domaines suivants :

• bio-ingénierie : développement de dispositifs microtechniques dans le domaine du vivant, génie tissulaire, traitement d’images ;

• éco-ingénierie : écobilan, procédé d’usinages innovants, rétro-conception, analyse de cycle de vie ;

• mécanique des fluides appliquée aux domaines de l’énergie : simulation d’écoulements de type CFD, aéronautique, essai en soufflerie ;

• matériaux, nanotechnologies et conceptions microtechniques : développement d’instrumentation nanotechnologique (en particulier microscopie), développement de couches minces fonctionnelles, nanostructures, nanotribo corrosion, essais mécaniques non usuels, simulation multiphysique.

inSTI valorise ses activités de Ra&D par des transferts de technologies vers l’économie (projets CTI, projets EU, mandats…) d’une part, et par des publications scientifiques et des participations à des conférences d’autre part. De plus, inSTI attache une valeur particulière à établir des colla-borations fortes avec certains partenaires, qu’ils soient industriels, étatiques, semi-étatiques, ou académiques. Dans ce cadre, mention-nons la convention de collaboration avec les HUG (Hôpitaux Universitaires de Genève) et la Faculté de médecine UniGE, signée en 2006, qui a marqué une étape importante dans le développement de la bio-ingénierie à Genève.

Marc JobinProfesseur HES, Responsable institut inSTImarc.jobin@hesge.ch

Fiche 1

IOMMicroscopie interférométriqueMarc Jobin

DescriptifNous avons développé un mi-croscope interférométrique (IOM) versatile permettant de répondre à de nombreux be-soins de caractérisation de sur-faces. Plusieurs fonctionnalités y ont été ajoutées au fil des projets, permettant par exemple de réaliser des films démontrant l’évolution de la topographie d’une surface à l’échelle nano-métrique, ou de mesurer la dé-formation de membranes sous contraintes mécaniques. Le mi-croscope est aussi beaucoup sollicité pour des projets impli-quant des phénomènes de frot-tement (tribologie).

Points forts• Résolution verticale inférieure

à 1 nm.• Intégration à un microscope à

force atomique.• Intégration à un nano-indenteur.• Mesure en temps réel (vidéo).• Mesure en milieu liquide.

Dans un microscope interférométrique (IOM), l’objectif est équipé d’un interféromètre et l’échantillon est posé sur un translateur piézoélectrique extrêmement précis (meilleur que le nanomètre). Cet instrument est très utilisé dans tous les domaines industriels où il faut observer des états de surface très fins, comme par exemple les dépôts de couches minces, les techniques de polissage électrochimique ou les structurations par photolithographie.

La photo ci-dessus représente un microscope interférométrique déve-loppé à hepia que nous utilisons dans toutes nos activités de recherche impliquant l’observation de topographies de surface. Les figures 1 et 2 sont des exemples de mesures pour les deux modes couramment utilisés : le mode en lumière blanche (figure 1) qui permet l’observation de corru-gation jusqu’à plusieurs dizaines de microns et le mode en lumière mono-chromatique permettant des résolutions inférieures au nanomètre. Sur la figure 2, on voit des marches associées aux plans atomiques de carbone d’un échantillon de graphite.

L’intérêt d’avoir pu développer nous-mêmes le système de mesure interé-rométrique est de disposer d’un instrument très versatile, tant au niveau du matériel que du logiciel. Nous avons par exemple combiné l’IOM avec un microscope à force atomique AFM (figure 3) ce qui permet d’exploiter simultanément la résolution latérale de l’AFM et la résolution verticale de l’IOM sur de grandes surfaces d’observation. De même, nous avons intégré l’IOM avec un nano-indenteur (NIND) de façon à pouvoir observer les nanodéformations de microsystèmes (MEMS/NEMS) lorsqu’on leur applique des forces mécaniques très bien contrôlées. La figure 4 montre l’intégration IOM/NIND ; l’encart montre un résultat sur une nanomem-brane (épaisseur 500 nm) déformée par une application en son centre d’une force de 70 um.

Microscope interférométrique développé à hepia.

Fiche 1

ValorisationPublications :

• M. Jobin, R. Foschia « Improving the resolution of interference microscopes », Measurement, 41, 896 (2008).

• M. Jobin, R. Foschia, « Real-Time Interferometric Microscopy in Liquids, » in Biomedical Optics, OSA Technical Digest (CD) (Optical Society of America, 2010), paper JMA37.

Utilisation dans des projets :

• Projet « PRODIM », CTI no 9252.

• Projet « RC 2 », FP6 (programme européen) no 31236.

Légendes

1 - Mode lumière blanche (basse cohérence) : image de gravure SiO2/Si.

2 - Mode lumière monochromatique : image de marche atomique de graphite.

3 - Intégration avec un microscope à force atomique.

4 - Intégration avec un nano-indenteur : insert : image d’une nanomembrane sous pression.

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CAESAR Team sur la fusée REXUSUne équipe d’étudiants d’hepia lance une expérience de microgravité sur une fusée ESA Roberto Putzu

DescriptifUne équipe d’étudiants a été choisie pour lancer une expé-rience de microgravité sur la fusée REXUS (Rocket EXperiment for University Students) dans le cadre d’un projet didactique de l’Agence spatiale européenne (ESA). Les étudiants, soutenus par des professeurs de l’école et dirigés par un comité d’experts d’ESA, devront conduire l’expé-rience à travers toutes les phases d’un projet spatial : de l’accep-tation au lancement.

Points fortsLe projet vise à intégrer des étudiants motivés au sein d’un axe de recherche du laboratoire de mécanique des fluides de l’école. De par sa grande com-plexité et son envergure, ce projet stimule les étudiants en les motivant pour atteindre un objectif ambitieux. Par ailleurs, ce projet renforce les liens per-sonnels au sein du groupe et contribue à la mise en valeur de leurs compétences propres afin d’atteindre un objectif scienti-fique commun. Scientifique-ment, le projet vise à récolter des données expérimentales impossibles à obtenir en envi-ronnement gravitationnel.

Le projet, inscrit dans un programme de recherche d’hepia sur les écoule-ments capillaires en microgravité, s’intéresse au comportement des liquides en apesanteur en présence d’un dispositif capillaire qui se nomme « éponge » dans la littérature dédiée.

Le programme de recherche vise à comparer des résultats numériques et théoriques avec des données expérimentales obtenues au moyen d’essais différents. Ainsi, dans le cadre de ce projet, on s’intéressera en particulier à l’annulation de la force de gravité par la flottaison des liquides, par la lévi-tation magnétique et par le vol parabolique d’une fusée sonde.

En ce qui concerne la flottaison des liquides, un banc de tests a été développé au sein de l’école afin de pouvoir obtenir des résultats « in situ ». En parallèle, une collaboration avec le Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA) est prévue pour effectuer le test de lévitation magnétique. Enfin, pour compléter la base de données expérimen-tales présentée ci-dessus, l’équipe CAESAR (Capillarity based Experiment for Spatial Advanced Research) participera à la campagne d’essais REXUS rendue disponible aux étudiants par l’Agence spatiale européenne (ESA) avec, pour but, de reproduire en vraie apesanteur le comportement simulé en laboratoire.

Fiche 2

CAESAR Team, Capillarity-based Experiment for Spatial Advanced Research.

ValorisationUn programme de valorisation du projet est prévu : il sera présenté au grand-public dans la presse, puis lors des portes ouvertes de l’école, et également dans le cadre de présentations qui seront organisées pour les étudiants des écoles secondaires afin de les intéresser aux techniques de l’ingénieur. En parallèle, l’équipe de recherche s’engage sur le plan scientifique à rédiger des communications scientifiques, afin d’officialiser les informations qui seront acquises à l’issue de ce projet.

Equipement particulierLe programme REXUS/BEXUS met à disposition de l’équipe un moyen d’essai exceptionnel, une fusée sonde.

Il est réalisé dans le cadre d’un accord bilatéral entre le Centre Aérospatial Allemand (DLR) et le Comité National Suédois de l’Espace (SNSB). L’accès à la partie suédoise de la charge payante a été rendue accessible aux étudiants d’autres pays européens au travers d’une collaboration avec l’Agence spatiale européenne (ESA).

EuroLaunch, organe issu d’une coopération entre le Centre Spatial d’Esrange de la Corporation Spatiale Suédoise (SSC) et la Base de Fusée Mobile (MORABA) du DLR, est responsable de la gestion de la campagne et de l’exploitation des lanceurs. Des experts de l’ESA, de la SSC et du DLR fournissent un support technique aux équipes d’étudiants tout au long du projet.

Fiche 2

Légendes

1 - Cellule de test pour l’expérience de lévitation magnétique.

2 - Cellule de test pour l’expérience de flottaison.

3 - Expérience de flottaison.4 - Une étudiante prépare un essai de

flottaison.5 - Cellule de test pour une expérience

numérique.6 - Le CAESAR Team présente l’expérience

devant les experts de l’agence spatiale.

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Fiche 3

DiagnotoxTests de toxicité et bio-instrumentation : une collaboration entre Epithelix Sàrl et hepiaPhilippe Passeraub

Dans le cadre d’un projet CALL HES-SO et de travaux successifs, hepia et Epithelix collaborent depuis 5 ans au développement d’une plate-forme innovante d’instruments pour le diagnostic in vitro de toxicité à faibles doses et sur le long terme.

En effet, l’inquiétude quant aux réels effets à long terme des produits chimiques, molécules diverses et nanoparticules sur la santé humaine est aujourd’hui partagée par un nombre croissant de personnes et d’entre-prises. Un très grand nombre de nouveaux tests devraient pouvoir être menés. Toutefois, pour des raisons éthiques, les expérimentations animales sont de plus en plus limitées. Une alternative, ne nécessitant que très peu voire aucune vie animale, est basée sur le développement des tests in vitro. Néanmoins, il n’existe aucune méthode standard de détermination de la toxicité établie et universelle. De plus, pour mener des études de qualité sur le long terme, l’intervention de l’œil expert est indispensable à ce jour. Il s’agit d’une tâche chronophage et contraignante. La plate-forme d’instru-ments développée lors de ce projet démontre le potentiel des techno-logies modernes de miniaturisation pour répondre de manière originale et prometteuse à cette problématique.

Points fortsLe système microtechnique développé met en œuvre des chambres de culture de tissus in vitro disposant d’un capteur intégré dans un environnement contrôlé, combiné à un système de caméras performantes. Le logiciel développé facilite l’acqui-sition et l’enregistrement de données et d’images, et permet un premier traitement d’images en temps réel, simultanément avec la mesure de la conduc-tance électrique du tissu. L’œil de l’expert est ainsi remplacé, et même dépassé. Le système permet, par exemple, d’accéder à des cellules d’épithélium pul-monaire, invisibles à l’œil, à la vitesse de battement des cils.

Un effet toxique peut ainsi être identifié et observé dès les premiers signes de souffrance du tissu, rendant cette nouvelle méthode parti culièrement sensible et efficace. Des obser-vations de longue durée sont possibles facilitant les études sur les effets de faibles doses de produits sur le long terme.

Fiche 3

ValorisationActuellement, ce projet fait l’objet d’un premier transfert de technologies chez le partenaire industriel Epithelix Sàrl. Quant aux travaux futurs, ils se concentreront sur la parallèlisation et l’automatisation visant les tests à haut débit. Ce développement en ingénierie appliquée aux sciences du vivant (bio-ingénierie) va permettre à l’une de nos plus prometteuses sociétés Genevoises issue de l’incubateur Eclosion et lauréate du Prix de la Jeune Industrie de Genève 2010 de se déve-lopper en proposant des prestations de services à hautes valeurs ajoutées.

Légendes

1 - Schéma de la fonction d’ensemble du système de monitorage développé.

2 - Photographie de l’intérieur de la plate-forme où le tissu biologique est introduit pour être observé et testé.

3-4 - Photographies de la chambre de culture pour le tissu biologique avec vue détaillée des électrodes de mesure d’impédance déposées sur la membrane poreuse. Le tissu est placé sur cette membrane à l’interface « milieu de perfusion » - « air ambiant ».

5 - Vue d’un des panneaux du logiciel déve-loppé pour commander le système et acquérir les images et signaux. Sur cette vue, l’image de la face supérieure du tissu d’épithélium pulmonaire est affichée ainsi que le spectre en fréquence du battement ciliaire pour une zone choisie du tissu (avec un pic ici à 10.4 Hz).

6 - Résultats expérimentaux de l’influence de l’application d’une molécule toxique (méthyle de mercure) sur l’impédance électrique après 24 heures. Le module de l’impédance décroît à basse fré-quence lorsque la concentration de la molécule testée augmente, reflétant le nombre croissant de cellules mortes à plus haute dose.

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Fiche 4

Micro EDM milling II Modular system for high-precision micro-EDM-milling manufacturing technologyJacques Richard

Points fortsLe micro-EDM-milling permet de réaliser de petites cavités profondes comportant des détails fins ; ceci dans des matériaux même extrêmement durs. Actuellement, aucune autre technique n’est capable de réaliser de telles performances. En effet, les outils du micro-EDM-milling sont de petites électrodes en rotation à l’extré-mité desquelles les étincelles permettent d’éroder la matière, à l’image d’une fraise de coupe, mais sans les efforts qui mena-cent de briser l’outil. Ainsi, le micro-EDM-milling trouvera de nombreuses applications dans les domaines de la micromécanique.

Mini-cavité.

DescriptifLe micro-EDM-milling est une nouvelle technologie d’usinage par électro-érosion, capable de réaliser des petites cavités profondes comportant des détails fins, dans des matériaux même extrêmement durs, et ce, sans avoir à fabriquer au préalable des électrodes de forme bien définie (comme c’est le cas dans l’enfonçage).

Un premier projet CTI a permis d’établir les bases physiques et de prouver la faisabilité de cette nouvelle technologie d’usinage – il fallait notamment démontrer qu’une électrode pourtant fine et flexible pouvait être stabilisée par sa rotation, de façon à rendre possible un usinage précis.

Le second projet CTI vise à permettre l’industrialisation du procédé : système de préhension de l’électrode, générateur d’étincelle dédié et gestion de l’usure de l’électrode au niveau de la machine sont les princi-paux défis à relever pour y parvenir (partenaire : +GF+ AgieCharmilles SA).

Fiche 4

Equipement particulierCe projet a nécessité l’acquisition par hepia d’une machine à mesurer de haute précision (WERTH videocheck équipée d’un palpeur fibre) de façon à disposer de moyens de mesure appropriés pour caractériser dimension-nellement les performances du micro-EDM-milling.

Légendes

1 - Micro-fraisage EDM, Extrait d’une vidéo, René Demellayer.2 - Fraisage EDM, © Hervé Sthioul.3 - Schéma de principe du micro-fraisage

EDM, la contrainte due à la fabrication d’une électrode complexe est remplacée par le mouvement d’une électrode de forme standardisée.

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Fiche 5

Hydrodynamique des particules dans le procédé d’usinage par électro-érosion en enfonçagePatrick Haas

DescriptifEn collaboration avec la société AgieCharmilles SA, hepia est active depuis de nombreuses années dans le domaine des procédés d’usinage de type électro-érosion par enfonçage. Ces procédés, qui permettent la mise en forme de matériaux de dureté très élevée, génèrent des particules ou des débris qui doivent être évacués. Aujourd’hui, la partie électrique du procédé est bien maîtrisée car elle fait l’objet de développe-ments continus depuis plusieurs années. Par contre, la technique d’élimination des débris en cours d’usinage constitue un élément, qui influe très nette-ment sur la vitesse d’usinage.

Points fortsUne approche multidisciplinaire comprenant 3 chapitres est choisie. Le premier chapitre est expérimental en conditions de similitude, le second est numérique de type simulation CFD et le troisième est in situ. Chaque approche présente des avantages, et réunies, elles permettent de réaliser une étude crédible et efficace. L’approche expérimentale est réalisée en conditions de similitude à l’échelle 50:1. Les trajectoires des particules lors des mouvements de nettoyage sont analysées par traitement d’images ; des grandeurs physiques, telles que la pression sont mesurées en continu.

Lors de l’usinage par électro-érosion, une différence de potentiel est établie entre la pièce et une électrode. Lorsque la valeur de celle-ci est suffisante, une étincelle est générée à l’endroit où la résistance est la plus faible. Il s’agit en principe de l’endroit où la distance entre les deux pièces est la plus petite. Un canal ionique est créé au-travers de cette étincelle. Le générateur d’étincelles stabilise le courant pendant une durée déterminée (régime d’usinage). Les températures augmentent et un plasma est créé. Après ce temps, l’étincelle est interrompue. Le plasma disparaît et le fluide est à nouveau condensé. Ce phénomène crée localement un abaissement rapide de la pression. La matière de la pièce à usiner, liquide ou gazeuse, se solidifie rapidement sous forme de particules sphériques (voir les pho-tos). A ce stade, le processus a terminé un cycle et le système est prêt pour générer une nouvelle étincelle, qui ne se produira pas au même endroit car la distance entre les deux pièces a été augmentée. On « usine » l’endroit où la distance est la plus courte. L’électrode peut alors pénétrer dans la pièce à usiner sans qu’aucun contact physique n’existe. Toutefois, et c’est là que l’hydro dynamique intervient, il est nécessaire d’évacuer les débris, faute de quoi l’étincelle peut se reproduire au même endroit. Ceci provient du fait que les débris sont des corps conducteurs qui ont tendance à diminuer la résistance électrique du lieu où ils se trouvent. La vitesse d’usinage est donc gouvernée par notre capacité à évacuer les débris.

L’ensemble du système est immergé dans un fluide diélectrique, généra-lement de l’huile. L’évacuation des débris en usinage par enfonçage consiste à réaliser, après un temps d’usinage donné, des mouvements de va-et-vient de l’électrode de manière à générer un écoulement du fluide diélectrique dans les fentes autour de l’électrode et de la cavité. Ce mouve-ment doit permettre le brassage des débris, puis leur évacuation par les fentes latérales. La question qui nous importe est d’optimiser cette éva-cuation en jouant sur les paramètres tels que la fréquence des « sauts », leurs amplitudes ainsi que d’autres facteurs physiques.

Usinage d’un moule d’injection plastique par EDM enfonçage.

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ValorisationCe projet permet d’augmenter la vitesse d’usinage en optimisant le temps d’évacuation des débris. Ainsi, le partenaire industriel du projet pourra offrir à la vente des machines d’usinage plus productives. Une partie des résultats de ce projet seront présentés au 17e International Symposium on Electromachining ISEM 2013 à Leuven (Belgique) en mars 2013.

Equipement particulierhepia a développé et mis en service un banc d’essais à l’échelle 50 : 1. Elle utilise des caméras et des logiciels d’analyse d’images. Pour la partie simu-lation CFD, elle utilise le code Fluent en situation instationnaire et maillage dynamique. Les ordinateurs utilisés sont des serveurs SUN puissants et des stations de travail de type HP Z800 (96 Go RAM et 12 cores à 3 Ghz).

Légendes

1 - Banc d’essais en similitude à l’échelle 50:1.2 - Particules de débris formées par les

étincelles.3 - Cratère après formation d’une étincelle.4 - Maillage de simulation CFD.5 - Structure de l’écoulement généré dans la

première phase du retrait de l’électrode.© hepia – AgieCharmilles SA

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Fiche 6

PharMea Management Développement de dispositifs de tests in vitro à faible coût pour une nouvelle plate-forme de criblage de molécules à haut débit dans le cadre d’un projet européenPhilippe Passeraub

Points fortsPour relever le défi de développer une approche de fabrication plus simple, plusieurs méthodes d’impression ont été étudiées et testées. La technique de tampo-graphie s’est révélée la plus prometteuse pour la fabrication de pistes conductrices et isolantes sur membranes poreuses. La tampographie est en général utilisée pour l’impression de cadrans de montres, de textes ou de motifs sur divers supports (balles de golf, dispositifs médi-caux). Elle a aussi été utilisée pour imprimer à l’aide d’encre conductrice des antennes RF pour téléphones mobiles. L’ali-gnement de multiples étapes d’impression permet d’imprimer des motifs complexes. Ainsi, cette technique a permis le dé-veloppement d’un nouveau pro-cédé de fabrication compatible aux membranes polymères poreuses. Des biopuces MEAs ont été ainsi fabriquées avec succès sur des membranes poreuses en PET. Des pistes conductrices de largeur de 50 µm ou plus ont été imprimées et des résistivités de 0.4 Ω/ ont été obtenues. La biocompatibilité des MEAs produites a été démontrée. Des signaux bioélectriques pro-venant de tissus nerveux et car-diaques ont pu être enregistrés à l’aide de tels dispositifs.

Ainsi, malgré une résolution encore limitée, les MEAs impri-mées à l’aide de cette nouvelle technique sont fabriquées beaucoup plus rapidement et avec un effort sensiblement réduit. La tampographie est une technique prometteuse et adaptée pour la production de biopuces MEAs à faible coût.

DescriptifDans le cadre du programme européen, FP7 Capacities, divers partenaires industriels et équipes de recherches anglaises, françaises et suisses ont joint leurs efforts ces 3 dernières années pour développer une nouvelle plate-forme de tests bioélectriques multicanaux (256 à 1024 canaux) pour tissus nerveux et cardiaques.

En effet, les biopuces à réseaux de microélectrodes (MEAs pour « Micro-Electrodes Arrays ») sont utilisées en biologie et en recherche médicale pour la stimulation et l’enregistrement de signaux bioélectriques à partir de cultures de tissus ou de cellules excitables. Ces tests in vitro représentent une alternative prometteuse, particulièrement pour remplacer les expé-riences qui cherchent à déterminer la toxicité d’une molécule en utilisant des animaux. Les techniques de criblage à haut débit de molécules permettent d’accroître la productivité de ce type de tests. Pour ceci, un nombre croissant de dispositifs à faible coût et à usage unique sont demandés. Généralement, les MEAs sont fabriquées par lots en utilisant plusieurs étapes de photolithographie. Toutefois, pour des raisons pra-tiques dépendant de l’application, la miniaturisation des MEAs n’est pas possible. Ainsi, l’avantage de la fabrication par lots est limité et l’effort global de fabrication est considérable.

Par contre, les membranes poreuses en polymère représentent un substrat prometteur pour les nouvelles générations de MEAs, car elles donnent au biologiste une flexibilité accrue dans ses cultures et protocoles d’expériences. Toutefois, ces membranes poreuses rendent les étapes de microfabrication conventionnelles bien plus complexes du fait de la pré-sence de pores : soit le rajout de multiples étapes est nécessaire pour produire des pores, soit un polymère poreux doit être utilisé comme substrat avec des limitations spécifiques (p.ex. température maximale limitée, incompatibilité avec des étapes bouchant ou détruisant les pores).

Schéma de principe du procédé de tampographie. Le motif à imprimer est gravé sur le cliché. Une encre est appliquée sur le cliché à l’aide d’un encrier-racloir. Un tampon prélève l’encre du cliché pour l’imprimer sur la membrane. Le motif imprimé sur la membrane est fidèle au motif du cliché. Un cycle d’impression est relativement rapide (<10 secondes).

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ValorisationDéveloppement de dispositifs de tests in vitro à faible coût pour une nouvelle plate-forme de criblage de molécules à haut débit dans le cadre d’un projet européen.

Légendes

1 - Photographie d’un réseau de 40 bio- électrodes pour tests in vitro de cellules excitables (stimulation et enregistrement de signaux bio-électriques). En gris : les pointes des électrodes faites d’encre conductrice. En noir : la protection des pistes conductrices à l’aide d’une couche d’encre isolante.

2 - Photographie d’une plaque de test in vitro faite de 32 puits de 8 bio-électrodes utile en tant que consommable pour systèmes de tests in vitro à grande échelle et à haute productivité.

3 - Photographie d’une partie de la membrane poreuse de cette plaque obtenue par tampo-graphie multicouche (la couche isolante est ici transparente).

4 - Photographie au moyen d’un microscope à balayage électronique montrant le détail d’une impression par tampographie. La résolution d’impression est moyenne à bonne. Son grand avantage par rapport aux autres techniques de microfabrication : les pores ne sont pas bouchés ; le procédé est rapide et ne demande que peu d’énergie.

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Fiche 7

STEM-3DMulti-Organs on a Chip: The next generation of biochips to test new drugs or chemicalsLuc Stoppini

DescriptifWe have developed a small- volume in vitro system in which intestine-like cells, hepatocyte cells and 3D micro-organs derived from embryonic stem cells (cardiomyocytes and neural cells) were cultivated in 4 separate porous membrane micro-chambers connected by micro-channels with the presence of biosensors at different levels. A dedicated perfusion system based on air pressure was used to allow the circulation of the culture medium to the different micro-organs through a microfluidic system.

Points fortsOur technology will :• Accelerate the evolution of the

toxicity risks and hence dra-matically shorten research cycles for the pharmaceutical and other industries.

• Improve the performance of toxicity testing systems and make a major contribution to safety pharmacology.

• Bring the potential of major time- and cost-saving factors for drug and chemical com-pound screening due to the automatic perfusion and sampling platform that allow testing several biochips in parallel, and hence increasing the testing throughput.

In vitro cell-based assays are often of limited predictive relevancy because they do not mimic with sufficient realism the complex environment to which a drug candidate is subjected within a living organism. Recent studies had showed that cell toxicity assays, and assay endpoints are useful for high-throughput cytotoxicity analysis in microfluidic devices, and had also concluded that 3D cell cultures that mimic the in vivo tissue are essential for obtaining results comparable to the in vivo response.

Based on these results, we have fabricated a small-volume in vitro system in which 3D micro-organs derived from embryonic stem cells or human cell line cells are cultivated in separate porous membrane microchambers connected by microchannels with the presence of biosensors at different levels. By selecting appropriate bio-mimic different human tissues in 3D we are reproducing in vitro some aspects of complex interactions occurring in vivo. While conventional culture plate models only measure the response of a single cell type, our “Multiorgans-on-a-Chip” system will allow us to capture the reactions of organ system as a whole (“ organ interactions on-a-chip ” concept). For example, metabolites resulting from a drug’s influence on one organ can reach other organs and exert their positive or negative effect. These biochips will provide insight into inter-organ interactions resulting from exposure to pharmacological com-pounds, a capability which has not been previously demonstrated using in vitro systems. Therefore, we hope that this system will be a more predictive tool in experimental pharmaceutical screening for efficacy and toxicity.

Finally, in order to increase the throughput we are developing a semi-automatic platform which will allow us to screen molecules on up to 12 biochips in parallel.

Micro-organs are placed within micro-chambers with bio-sensors connected through a microfludic system.

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Valorisation• The development of our “MultiOrgans-on-a-Chip” will significantly

contribute to the reduction and replacement (3R’s) of animal experiments.

• The proliferation and the cell growth in three-dimensional structures will give us unique opportunities to observe selected cell behavior under normal or pathological conditions. This knowledge will likely enable meaningful advances in tissue engineering to design func-tional bionic systems that will be used in regenerative medicine.

• There is clearly a need for more predictive in vitro systems for the pharmacy industry (to decrease the attrition rate of new drugs), toxicology, and food companies. We have already received positive feed-back from our industrial partners to accept this kind of new technologies.

• In collaboration with Prof. KH Krause, we have created a start-up company Neurix S.A (a spin-out of the University of Geneva and hepia) that will offer services to pharmaceutical or food companies to assess the beneficial and detrimental effects of novel drugs or natural products (mandates).

• We have recently received a funding from the CTI to develop a specific assay that will open up new avenues for applied research as well as for the commercialization of this technology.

Légendes

1 - Visualization of the microfluidic system as well as the different biosensors integrated to the biochip.

2 - A semi-automatic system was developed where molecules to be tested are placed within standard microplates.

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Valorisation La valorisation de la recherche d’inSTI s’est réalisée par les publications scientifiques ou tout-public, les communications dans des congrès, des interventions ponctuelles dans divers médias (TV, radio, journaux), l’orga-nisation de manifestations scientifiques.

Sélection de valorisations « grand-public »

« La Biomobile devient de plus en plus écologique », M. Perraudin, TCS Genève, du 30 mai 2011.

« Plongée dans les entrailles du pont Butin qui abrite la soufflerie hepia », Tribune de Genève, CMEFE, du 29 mars 2011.

« Jetman prépare un exploit moins polluant », 20 minutes, M. Perraudin, du 5 avril 2011.

« Ces romantiques qui plongent dans le vide à plus de 200 km / h », Matin-dimanche, CMEFE, du 17 avril 2011.

« Cet automne, Genève prépare l’après Fukushima » - WEC 2011, Tribune de Genève, du 25 août 2011.

« Fukushima aussi grave que Tchernobyl », TSR le TJ 19h30, G. Triscone, du 12 avril 2011.

« Eau pour refroidir Fukushima », RSR Le journal de 7h (dès 01:20 :55), G.Triscone, du 30 mars 2011.

« L’océan Pacifique pollué par de l’iode radioactif de Fukushima », 24 heures, G. Triscone, du 30 mars 2011.

« Précise comme de la 3D modélisée, la géniale maquette entame une vie virtuelle », Tribune de Genève, J. Richard, du 29 mars 2011.

« Relief Magnin : les nouvelles technologies révèlent un chef-d’œuvre d’une précision remarquable ! », J. Richard, du 29 mars 2011.

« Genève cherche à unir l’industrie et la recherche ». + Lien sur étudiants.ch du 1er juillet 2011 : « Un nouveau centre pour dynamiser l’innovation genevoise. » L’UNIGE, la HES-SO Genève, l’OPI et l’IUG s’allient pour créer le Geneva Creativity Center, afin de favoriser l’éclosion de projets et de créer de nouveaux débouchés pour l’industrie et l’éco-nomie locales, Tribune de Genève, du 30 juin 2011.

Emission Télévision, TF1 journal de 20h (dès 27 minutes) : Ski de vitesse - La soufflerie du CMEFE, du 19 avril 2011.

Emission de la RSR-Babylone :http ://www.rsr.ch/#/espace-2/programmesbabylone/?date=07-06-2011 / M. Perraudin, Biomobile, du 7 juin 2011.

Emission de la RSR-Prise de Terre :http ://download.rsr.ch/la-1ere/programmes/impatience/2011/impatience_20110603_standard_sequence-1_3438a415-e126-4a4d-9273-912f2ca23a60-128k.mp3 / M. Perraudin, Biomobile, du 3 juin 2011.

Vidéo réalisée par Mavic en collaboration avec la soufflerie d’hepia. MAVIC _ vidéo Recherche et développement sur les roues aérodynamiques, P. Haas, du 24 octobre 2011.

Vidéo figurant dans le Triathlon Hebdo : Fred Van Lierde au Cmefe. vidéo :http ://www.youtube.com/watch?v=UHeMEM6Citk. lien : http ://www.triathlon-hebdo.com, CMEFE, du 15 septembre 2011.

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Sélection de valorisations scientifiques

Gorthi S., Duay V., Bresson X., Bach Cuadra M., Sanchez Castro F. J., Pollo C., Allal A. S., Thiran J.-P. « Active Deformation Fields : Dense Deformation Field Estimation for Atlas-based Segmentation using the Active Contour Framework », Medical Image Analysis Journal, May 2011.

Passeraub P., Moreillon F., Morenzoni D., Meyer J., Perret J., Hakkoum D., and Stoppini L. « Diagnotox : une plateforme innovante d’instruments pour le diagnostic in vitro de toxicité à faibles doses et sur le long terme », Brochure HES, A. B. M. Cassard, M. Torbay, Ed. Genève : HES-SO Genève, 2011, pp. 7

Annessi-Ramseyer K., Passeraub P., Turck N., Borradori L., Favre B., Hochstrasser D. F., Fontao L., and Zimmermann-Ivol C. G., « Multiple autoantibodies detection for bullous pemphigoid by protein microarray » deI. HUPO 2011. Geneva, 2011-submitted.

Conférences et congrès

Jotterand S., Jobin M. « Characterization of P3HT :PCBM :CdSe hybrid solar cells », hepia, University of Appied Sciences (HES-SO), in E-MRS 2011 – Spring Meeting-IUMRS ICAM 2011 & E-MRS / Bilateral Conférence on Energy, Technical sessions : May 9-13, 2011-Exhibit : May 10-12, 2011, Congress Center, Nice, France.

Brunner, Y. EUROTOX Congress, Paris, 27.08-31.08.2011, Young Scientist Award, BO HOLMSTEDT, Poster « Award for describing a feasible method for the solution of a toxicological problem under maximum respect of the 3R-principle (Reduce, Refine, Replace animal testing) ».

Brunner Y., Giron P. et al. « Development of rat and human in vitro models for the investigation of testicular toxicity », 47th Congress of the European Societies of Toxicology (EuroTox), Paris, August 2011. (Poster Award).

Stoppini L. et al. « Three-dimensional neural-like tissue derived from hESCs as an in vitro model for neurotoxicity », 47th Congress of the European Societies of Toxicology (EuroTox), Paris, August 2011. (Oral Presentation).

Stoppini L. et al. « 3D in vitro engineered nervous tissue derived from mouse and human embryonic stem cells » Euroglia 2011, oral presentation, Prague.

Stoppini L. et al. « 3D Engineered Tissues from primary or human embryonic stem cells as new tools for in vitro toxicology studies ». RIFM INFOX, May 18th 201, Brussels. (Oral Presentation).

Stoppini L. et al. « 3D Engineered Tissues from primary or human embryonic stem cells as new tools for in vitro toxicology studies ». Interactive Symposium Research in Applied “Health & Life Sciences” July 8th, 2011 UniS Schanzeneck, poster, University of Berne.

Stoppini L. et al., « Gene expression from 3D neural-like tissue derived from Human Embryonic Stem Cells as an in vitro model for neurotoxicity ». Seminars in Molecular Toxicology University of Basel May 16th 2011. An Integrated Microfabricated Device for Dual Microdialysis and in vitro Blood-Brain Barrier, présentation orale, Stoppini L. et al., Stem Cell Platform meeting May 17th 2011 Hoffman-La-Roche Basel.

Stoppini L. et al.Stem-3D project presentation, « Multiparametric monitoring of engineered tissues from embryonic stem cells (ESCs) : tools for « Human-based in vitro testing systems» and « organ replacement», video :

http ://www.youtube.com/watch?v=DFTYgvh6LJE, Call 2009 meeting HESSO November 17th 2011 Lausanne.

Stoppini L. et al. « Tests in vitro en Toxicologie : Problématique de santé publique et bioinstrumentation pour la mesure de divers paramètres biologiques ». Journée des Microtechniques médicales HESSO, Lausanne, mardi 13 septembre 2011. (Oral Presentation).

Journée des Microtechniques médicales, organisée par le RCSO-ISYS, en collaboration avec la FSRM et l’association sensors.ch, Lausanne, du 13 septembre 2011.

inIT

inIT

L’institut d’ingénierie Informatique et des Télécommunications (inIT) regroupe des chercheur-e-s d’hepia opérant dans les domaines de l’informatique et des télécommunications. Ses activités s’articulent autour de l’informatique dite à grande échelle. En effet, qu’elle soit visible ou intégrée dans un processus industriel, l’informatique se trouve distribuée par nature. Ainsi, les systèmes informatiques sont de nos jours souvent composés de plusieurs « sites » (processeurs, capteurs, ordinateurs, émetteurs, etc.) reliés en réseaux, caractérisés par une distribution géographique étendue, une disponibilité partielle, une hétérogénéité et mobilité des composants.

L’une des particularités des systèmes informatiques à grande échelle est la quantité considérable d’informations stockées, échangées et traitées. Dans ce contexte, trois mots-clés sont à retenir : fiabilité, sécurité et performance.

Cette vision globale des systèmes informatiques à grande échelle est le fil conducteur des projets proposés et menés par inIT.

Plus spécifiquement, inIT regroupe également des compétences en :

• systèmes embarqués et temps réel ;• systèmes distribués à grande échelle ;• interaction société-machine.

Les Technologies de l’Information et de la Communication (TIC) sont au service des autres sciences et domaines. inIT attache un intérêt particulier au développement de collaborations avec des partenaires académiques et industriels opérant dans des secteurs autres que les TIC. Dans ce contexte, inIT peut vous aider dans l’intégration de la composante TIC dans votre projet en faisant appel, si besoin est, à d’autres compétences HES-SO ou autres.

Nabil AbdennadherProfesseur HES, Responsable institut inITnabil.abdennadher@hesge.ch

Fiche 1

ABAplansDes plans de ville accessibles aux personnes aveuglesMichel Lazeyras

DescriptifABAplans est un ensemble de dispositifs informatiques inter-actifs multimodaux (visuel, auditif et tactile) permettant aux per-sonnes souffrant d’un handicap visuel de se représenter l’espace urbain et de préparer leurs déplacements. Les fonctions multimodales du dispositif asso-cient de manière très précise le relief aux informations auditives ; les yeux sont donc remplacés par le doigt et l’oreille. Grâce à ce système, les personnes aveugles peuvent consulter des plans de manière autonome.

Points fortsABAplans est un système géné-rant automatiquement des plans de différentes natures à partir des données du cadastre. Trois types de plans correspondant à trois nouvelles façons de repré-senter le territoire ont actuelle-ment été développés. En parallèle, plusieurs fonctionnalités ont été créées afin de consulter le plan, de rechercher une adresse ou un itinéraire. Le système est complètement ouvert, il est donc possible d’ajouter soit des modes de représentation, soit des fonctionnalités.

Actuellement, deux applications ont été développées et sont opération-nelles autant à Genève qu’à Neuchâtel : un éditeur de plans de carrefour à la disposition des ergothérapeutes et un plan de ville, tactile et sonore, interactif, directement utilisable par les personnes aveugles, afin qu’elles puissent acquérir une meilleure représentation de leur environnement et organiser leurs déplacements.

L’éditeur de plans de quartiers, particulièrement utile pour les instruc-teurs en locomotion, permet de créer automatiquement des cartes de quartier ou de carrefours personnalisables en choisissant deux rues dans une fenêtre de saisie et en précisant la taille du plan souhaité. La carte ainsi générée indique très précisément les rues, bâtiments, parcs, trottoirs et îlots. Il est ensuite possible d’ajouter d’autres éléments selon les besoins de l’utilisateur.

La fabrication des plans se déroule en quatre étapes :

1. L’utilisateur choisit deux rues, qui ont un carrefour en commun ; celui-ci se retrouvera au centre du plan. Il choisit ensuite une échelle ;

2. à l’aide de l’éditeur, l’utilisateur peut modifier le plan ;

3. impression du plan sur du papier thermo-gonflable avec une imprimante tout à fait traditionnelle. Ce papier contient une multitude de petites bulles. Celles qui sont recouvertes de noir éclatent à la chaleur, ce qui crée le relief ;

4. passage du plan à la thermo-gonfleuse, ce qui a pour effet de mettre en relief les parties noires.

Les plans de ville interactifs constituent la partie principale du projet ABAplans, les rues sont en relief et les surfaces intéressantes (parcs publics, lacs, bâtiments remarquables…) sont texturées. L’utilisateur non-voyant peut parcourir la carte simplement en l’effleurant avec les doigts. Chaque fois qu’il veut une information, il lui suffit de presser sur le plan et une information lui est donnée. Cette information dépend du mode choisi.

• Mode Plan : chaque fois que l’on presse sur une rue ou un élément texturé, une information auditive est donnée. Ceci correspond à une découverte de la ville.

• Mode Orientation : soit une adresse peut être saisie au clavier, soit un lieu d’intérêt peut être sélectionné dans une liste. Chaque fois que l’utili-sateur presse le plan, la distance ainsi que la direction au point choisi sont données. Ainsi, de proche en proche (comme le jeu « tu chauffes, tu chauffes, tu brûles… »), l’utilisateur peut trouver le lieu sur le plan.

• Mode Itinéraire : en cliquant avec le doigt sur deux carrefours différents, ou deux adresses différentes, le système donne l’itinéraire le plus court allant d’un point à l’autre.

Pour naviguer entre les différents menus, un dispositif ressemblant à la navigation sur les téléphones portables : les signes permettant de changer de menu ou de passer à un sous-menu sont les suivants : ^ < o >. Une navigation d’une carte à l’autre sans passer par la carte générale du canton a été mise en place.

Ce projet a été soutenu pendant quatre ans par la fondation Hans Wilsdorf.

Fiche 1

ValorisationABAplans a été présenté à de nombreuses reprises depuis 2008, dans différents contextes.Quelques exemples :• 3e Prix du concours handitec du salon autonomic, Paris, juin 2008 ;• hôte d’honneur du congrès de l’Union Mondiale des Aveugles,

Genève, août 2008 ;• présentation à la presse (journaux et télévision), Neuchâtel,

novembre 2010 ;• présentation aux géomètres cantonaux suisses, Olten, mai 2011 ;• présentation au symposium sur les moyens auxiliaires, HUG Genève

(Hôpitaux Universitaires de Genève), septembre 2011.

Equipement particulierAfin de faire fonctionner ABAplans, il est nécessaire de disposer d’une tablette tactile de type résistif. Deux dispositifs ont été créés en collabora-tion avec la société Eurotouch à Toulouse.

• Le premier système, encombrant mais léger se connecte à un ordinateur et fonctionne comme une souris ; il est principalement destiné aux institutions spécialisées ou aux personnes autonomes.

• Le second système est une borne autonome pouvant être placée dans un lieu publique protégé.

Pour créer les plans, il est nécessaire de disposer d’une imprimante tradi-tionnelle noir / blanc et d’une thermogonfleuse qui mettra en relief toutes les parties noires.

Légendes

1 - Dispositif interactif complet.2 - Editeur de plans permettant de créer des

plans, puis de les modifier.3 - Personne aveugle testant le plan interactif

du centre de Genève.4 - Procédé de création d’un plan de ville.

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Calcul haute performance sur un cluster de GPU pour l’optimisation combinatoire Paul Albuquerque

DescriptifDans ce projet, nous avons programmé sur des cartes gra-phiques (GPU), utilisées comme co-processeurs de calcul, des algorithmes d’optimisation afin d’en accroître les performances. Le type d’algorithmes considérés requiert en effet d’importantes ressources de calcul. Les appli-cations visées concernent des problèmes du domaine de la logistique tels que l’affectation d’avions à des vols ou la concep-tion des horaires d’équipages d’une compagnie aérienne.

Points fortsL’utilisation de GPU pour effec-tuer des calculs généraux est un domaine relativement neuf car les technologies mises à dispo-sition par les constructeurs de cartes graphiques sont récentes. Le champ d’application est immense, en particulier celui de l’optimisation combinatoire. Nous avons implémenté des algorithmes de programmation linéaire qui interviennent souvent dans des logiciels de logistique. Les gains en performances obtenus sont importants.

Les cartes graphiques GPU (Graphics Processing Unit) sont devenues extrêmement puissantes avec le développement des jeux vidéo. Les animations nécessitent en effet de nombreux calculs mathématiques pour lesquels les GPU sont optimisées.

L’idée de tirer parti de la puissance des GPU pour faire du calcul scientifique date d’une quinzaine d’années. Cependant, depuis début 2007, on observe un engouement pour l’utilisation des GPU avec la mise à disposition par le constructeur NVIDIA de l’environnement CUDA (Compute Unified Device Architecture). Il s’agit d’une technologie de GPGPU (General Purpose Computing on Graphics Processing Units) : on utilise donc un GPU pour exécuter des calculs généraux habituellement exécutés par le processeur central. La technologie des GPGPU est récente et très prometteuse vu le parallélisme massif intrinsèque aux GPU. Il existe déjà de nombreuses librairies et applications scientifiques pour faciliter le développement de programmes sur GPU.

La bio-informatique et la logistique constituent deux domaines de prédi-lection pour les GPU. La protéomique et la génomique recèlent de nom-breux problèmes d’optimisation combinatoire qui requièrent l’utilisation de très importantes ressources de calcul. La gestion de l’affectation de personnes et d’équipements se situe dans une catégorie similaire. C’est dans ce cadre que l’institut inIT a collaboré avec l’entreprise APM Technologies. Celle-ci développe des logiciels destinés aux compagnies aériennes qui permettent de générer le programme des vols, d’affecter les avions aux vols et finalement d’attribuer les équipages. Les temps de calcul devenant vite prohibitifs même pour des compagnies avec peu d’avions, APM Technologies s’est montrée très intéressée par une utilisation de GPU pour ses logiciels.

Dans ce projet, nous avons implémenté sur GPU des algorithmes de programmation linéaire (simplexe linéaire, Branch-and-Bound…). Les gains de performances obtenus sont importants et les tests menés sur des problèmes réels prometteurs. Nous avons également entrepris une extension sur cluster de GPU ce qui permet de traiter des problèmes de taille encore plus importante.

Encore peu d’applications commerciales incorporent à l’heure actuelle des modules implémentés avec CUDA. Or, il faut relever qu’il est trivial et très peu coûteux (quelques centaines de francs) d’ajouter une deuxième carte graphique dans un PC. De nos jours, le potentiel de la technologie de GPGPU n’est pas encore reconnu par les entreprises en mal de puissance de calcul. Un obstacle majeur à la programmation d’un GPU réside dans le fait qu’il faut adopter un mode de pensée « parallèle », ce qui n’est pas habituel chez la majorité des développeurs ; le calcul parallèle n’étant fina-lement que peu enseigné. Par ailleurs, la maîtrise de CUDA demeure difficile, malgré l’apparition de plus en plus d’outils destinés à faciliter le travail du programmeur. Cependant, on peut parier qu’un nouveau segment se développera dans le marché du logiciel.

Fiche 2

ValorisationDeux articles ont été publiés dans des conférences internationales (ParCo 2011 et BalCOR 2011). En outre, un article a été récemment soumis au journal Mathematical Programming and Operations Research. Par ailleurs, plusieurs travaux de Bachelor et de Master ont été effectués en lien avec ce projet, l’un d’entre-eux ayant reçu le prix Arditi 2011 d’informatique de l’Université de Genève.

Equipement particulierPour ce projet, nous avons fait l’acquisition d’un supercalculateur Tesla S1070 de NVIDIA constitués de quatre GPU et pouvant délivrer jusqu’à 4 Tflops en performance de pointe. Nous avons aussi utilisé un cluster de GPU du centre national suisse de supercomputing (CSCS). Pour la suite de ce projet, nous avons acheté deux supercalculateurs de NVIDIA de nouvelle génération, dénommée Fermi.

Fiche 2

Légendes

1 - Supercalculateur NVIDIA S1070 constitué de 4 GPU. Courtesy NVIDIA

2 - Cluster de GPU, similaire à celui du centre national suisse de supercomputing. Courtesy NERSCC

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Fiche 3

Interfaces Tactiles Multi-touchs Stéphane Malandain, Yannick Excoffier, Adrien Lescourt

DescriptifLe projet interface a permis de mettre au point des surfaces tactiles « multi-touchs » sur toutes surfaces planes, horizontales ou verticales. Basé sur le principe d’une illumination infrarouge de la surface à rendre tactile, ce dispositif est peu invasif, fiable et facile à adapter sur les murs ou tables existants. Trois écoles ont participé au projet initial (hepia, heig-vd, EIA-FR).

Points forts• Permet de transformer toute

surface verticale ou horizontale en une surface tactile de grande dimension.

• Complètement multi-touch (pas de limites de contacts simultanés).

• Une très grande réactivité qui garantit une réponse immédiate au contact.

• Dimension : jusqu’à 18 mètres linéaires de mur tactile.

• Compatibilité totale avec Windows 7 / plusieurs appli-cations réalisées.

• Coût de production très raisonnable.

Depuis 2007, le projet interface vise à transformer toute surface en une surface tactile. Nous avons acquis une très grande expérience dans ce domaine qui nous permet aujourd’hui de proposer un dispositif fiable et abouti.

La partie software du projet, dont nous étions responsables, est essentielle. En effet, le principe de ce dispositif repose sur l’illumination infrarouge de la surface. Des caméras infrarouges hautes performances repèrent le réfléchissement des doigts dès qu’il y a un contact avec la surface. Ensuite, il faut « tracker » les points de contact et les transformer en coor-données. Il revient à la partie logiciel « bas niveau » de s’occuper de cette tâche. Puis, il faut caractériser le mouvement des points reconnus pour déterminer une gestuelle et l’associer à des fonctionnalités. Par exemple, repérer un « glisser-déplacer » par opposition à un « agrandis sement ». Cette partie, de plus haut niveau, a aussi été développée par l’équipe en charge du projet, et les résultats nous permettent de réaliser des applica-tions professionnelles exploitant le dispositif de façon aisée.

Ainsi, nous avons développé de nombreux logiciels utilisant les caracté-ristiques du dispositif. Nous l’avons également rendu compatible avec Windows 7 et avec le protocole de communication tuio.

Enfin, notre système permet de connecter plusieurs caméras infrarouges et de fusionner les informations reçues. Ainsi, cela nous permet de réaliser un dispositif de plusieurs mètres de long, avec les mêmes spécificités (tactile, multipoint, et de très grande réactivité).

L’équipe de développement du projet ITM.

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Valorisation- Nombreux salons : Salon International des Inventions de Genève 2010

(Prix de l’OPI), Salon du livre, Foire de Fribourg, EFEF (2011), Nuit de la science, Innotrans (Berlin 2012), exposition itinérante du CERN.

- Création d’une start-up ncilab (www.nci-lab.com) courant 2012.

Equipement particulier- Barre d’illumination avec des lasers infrarouges.

- Caméras infrarouges.

Légendes

1 - Application fenêtrée sur le mur tactile.2 - Mur tactile multi-touch.3 - Dessin sur table tactile.4 - Googlemaps sur table multi-touch.5 - Un contact sur la surface fait des « vagues ».

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Fiche 4

NRF4NOSOCOM - Bouchon Réseau ad-hoc sans fil de validation de protocole médicalRené Beuchat, Luigi Zaffalon, Xavier Meyer (hepia), Bertrand Hurst (heig-vd)

DescriptifCe projet a permis le dévelop-pement de modules basés sur un micro-contrôleur Icycom (CSEM-Centre Suisse d’Electro-nique et de Microtechnique) à très basse consommation et intégrant une communication RF à 868 MHz. Ces modules sont moulés dans un bouchon et sont rechargeables par induction (collaboration CFPT-Centre de Formation Professionnelle Technique). L’antenne spécialisée pour ce module a été développée grâce à une collaboration avec l’entreprise MIND (Archamps). Les données sont récoltées à travers un relais RF-Internet et transférées sur un serveur dédié dans une base de données SQL.

Points fortsLe module de base d’acquisition de données est de taille très réduite de 2 cm x 2 cm. Ces caractéristiques principales sont :• Une communication RF courte

distance ~100 m.• 128 KB de mémoire non volatile

pour les programmes et données.

• Module accéléromètre 3D intégré.

• Téléchargement de nouvelles versions de logiciel par RF.

• Extensions possibles grâce à 3 bus série (SPI, i2c, UART).

• L’alimentation est fournie par une batterie rechargeable par induction.

De nos jours, l’utilisation de systèmes permettant de communiquer partout est courante, à l’exemple du Smartphone qui nous lie pratiquement avec la planète entière où que nous soyons. La durée d’utilisation est cependant limitée.

Une autre catégorie fait actuellement de plus en plus couramment son apparition et concerne les objets communicants, que l’on nomme parfois « l’Internet des objets ». Ils doivent présenter une très faible consommation, ce qui leur assure un fonctionnement autonome pendant des mois, voire des années de façon autonome. Ils diposent généralement d’une faible portée de communication. L’objectif est souvent d’effectuer des mesures locales et de les transmettre dès que possible à un serveur de données ou de générer des alarmes quant à des évènements spécifiques.

Par ailleurs, les progrès récents de la médecine se sont hélas accom-pagnés d’une augmentation sensible des maladies nosocomiales. Les techniques invasives pratiquées pour le diagnostic, la surveillance et le traitement sont souvent à l’origine d’infections. Ces infections nosoco-miales ne peuvent pas toutes être évitées, mais près de la moitié le pourraient par des moyens relativement simples, tels que le lavage et la désinfection des mains.

Dans le cadre de ce projet, des prototypes de modules communicants ont été développés ainsi que l’environnement de récolte de données basé sur un serveur SQL. Equipée de transmission RF, cette nouvelle génération de modules micro-contrôleurs d’acquisition de données présente une consommation très faible. Ces modules peuvent aussi être utilisés pour des acquisitions de données réparties et à faible débit. Leurs fonction-nalités leur permettent de communiquer entre eux ainsi que vers des stations de récolte de données. Ils peuvent être placés, récoltés et déplacés aisément.

Vue générale schématique du système NRF4NOSOCOM.

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ValorisationLa réalisation de ce projet a permis de mettre en oeuvre une nouvelle gamme de processeurs développés en Suisse au CSEM (Centre Suisse d’Electronique et Microtechnique) avec des performances de consommation très réduite et incorporant une communication RF inté-grée. Ce projet entre dans la dynamique de l’institut sur les systèmes embarqués autonomes et à basse consommation. Il est à l’origine :

• de la signature de mandats avec les HUG (Hôpitaux Universitaires de Genève) ;

• de collaborations actives avec le CSEM et Mind ;

• d’une base pour de futures collaborations industrielles.

Financements• RCSO-TIC• Mandats HUG (Hôpitaux

Universitaires de Genève).

Equipement particulierRéalisation complète du système :• Prototype développé en parallèle avec des mandats des HUG

(Hôpitaux Universitaires de Genève) et le réseau RCSO-TIC.• Interface réseau Icycom/Ethernet.• IPv4/SLIP sous OS-NET-7.• Serveur base de données SQL.• Serveur de requête BIRT.• Protocole de communication.• Mise à jour par RF du logiciel des modules bouchons.• Transfert des données par initiative du bouchon sur serveur.

Légendes

1 - Flot de données, schéma bloc général.2 - Les divers éléments du système (ouvert).3 - Station réseau intermédiaire seule.4 - Différents états du module dans le temps.5 - Module processeur seul.6 - Affichage des résultats.

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Fiche 5

HbbTV - Hybrid broadcast broadband TVNorme incontournable au développement de la télévision interactiveAndrés Revuelta

DescriptifLe projet HbbTV propose de contribuer à l’essor d’applica-tions et de services utilisant les technologies de la TV du futur. Les nouvelles possibilités d’inter-activité offertes par HbbTV permettent d’envisager une évolution de l’expérience multi-média qu’il s’agit d’investiguer. Les aspects interaction et GUI multi-plate-formes étant prépon-dérants dans le domaine de la TV interactive, une plate-forme de démonstration permettra d’étudier l’utilisation de services interactifs liés aux contenus télévisuels.

Points forts• Nous développerons une plate-

forme « démonstrateur » utilisant les technologies émergentes dans le domaine de la TV connectée.

• Nous proposerons des solutions innovantes en rapport avec la consommation de contenu, en tenant compte des problèmes liés au foisonnement des informations générées par les technologies émergentes, le web et les réseaux sociaux.

• Notre système comportera tous les composants essentiels d’un réseau hybride de diffusion TV et Internet, et facilitera le test des scénarios suggérés.

Nous allons cibler nos efforts sur les trois aspects principaux suivants :

1. Choix des scénarios démontrant les problématiques HBBTV, IMS (IP Multimedia Subsystem), et IHM (Interface homme-machine) lié à la télévision interactive.Cette partie, par la mise en pratique d’applications choisies, traitera les problématiques liées au transport des flux média, IHM et inter action riche entre spectateur-s et programme TV.

Deux scénarios de démonstration caractéristiques seront précisés en collaboration avec les partenaires. Ils porteront sur les problématiques liées aux techniques de diffusion dans un contexte de réseaux hybrides et la sophistication croissante des applications des usagers.

2. Mise en place et réalisation de la plate-forme de démonstration. Une plate-forme matérielle sera testée et validée pour son usage de démonstrateur/testeur HbbTV. Cette plate-forme HbbTV sera ensuite reliée à celle d’IMS, développée en parallèle au début du projet. L’architecture du démonstrateur sera principalement définie par :

• les choix matériels ;• l’architecture du système (dont serveurs et clients HbbTV / IMS) ;

• définition des flux de communication HbbTV et IMS, (serveurs- applications-terminaux tels que télécommande, tablette, smartphone…).

3. Développement et implémentation des éléments d’interface IHM. Nous procéderons à l’élaboration de l’état de l’art côté IHM, à l’implé-mentation inter actives et logiques des couches nécessaires à la création d’applications contextuelles (scénarios) offrant des services de type « réseau social » et gestion de contenu. Selon les résultats de l’état de l’art, et en fonction de chaque scénario, nous développerons une couche IHM cohérente et capable d’interagir avec les technologies sous-jacentes en question, soit IMS et HBBTV. Au final, nous devrons tirer les recommandations utiles visant au bon arbitrage entre le contenu de l’écran de la télévision et les petits écrans complémentaires.

Architecture HbbTV – Contexte des réseaux.

Fiche 5

ValorisationEconomique : • Soutien actif de l’EBU-UER, cofondateur de la norme HbbTV.

• La TSR et la PME Sobees soutiennent aussi ce projet.

• La société Ericsson est intéressée à poursuivre sa collaboration avec l’EIA-FR.

• Des discussions avec la PME Softcom sont en cours.

Académique :• Cours MSE : « Mobiles systems & Applications » : J.-F. Wagen,

T. El Maliki, A. Revuelta.

• Cours MSE : « Next Generation Networks and Web 2.0 » : A. Delley et J.-F. Wagen.

• Cours MRU – 2009/2011 : « Transmissions audiovisuelles optimisées » : A. Revuelta.

Equipement particulierLe contexte de travail sur des réseaux de transmission hybrides, comportant les diffusions Broadcast (satellite, TNT, CATV) et Broadband (Internet), avec l’interactivité induite par la norme HbbTV elle-même,

exige en sus des équipements cou-rants au développement Web et Internet, une infrastructure et des équipements complexes de trans-mission. Le soutien actif de l’EBU- UER, cofondateur de la norme HbbTV, nous permet de pallier à ce problème.

De plus, la société Ericsson pro-pose sa collaboration, en mettant

sa plate-forme de transmission IMS à disposition du projet.

Notre plate-forme utilisera différents terminaux accessibles sur le mar-ché aux utilisateurs HbbTV, aussi bien en termes de télévisions et de « set top box », qu’en termes de terminaux mobiles d’affichage et d’interaction.

Légendes

1 - Plate-forme de démonstration HbbTV.2 - Exemple de scénario à implémenter.3 - HbbTV next : le futur de la TV ?4 - Roland Garros 2011 : un test grandeur

nature réussi. © France Télévisions5 - HbbTV apporte une nouvelle dimension

interactive aux débats TV. © France Télévisions

6 - MesServicesTV, un portail d’essai sur TNT.© MesServicesTV, Auxerre

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Fiche 6

Ecomobilité Analyse du confort de conduite dans les transports publicsFabien Vannel, Christian Abegg

DescriptifCe projet vise à développer un système d’aide à la formation des conducteurs de bus. Dans ce cadre, un véhicule est équipé de plusieurs capteurs : accéléro-mètres pour la mesure du confort, GPS, bus FMS qui transporte des données issues de l’ordina-teur central du véhicule. Ces informations sont transmises par une communication sans fil sur la tablette du formateur. Les différentes informations sont présentées dans un logiciel d’aide à la formation développé essen-tiellement pour l’écomobilité.

Points fortsLes Transports publics genevois (TPG) souhaitent devenir exem-plaires dans leurs méthodes de formation des conducteurs. Outre les compétences requises en termes de conduite, les conducteurs sont sensibilisés aux méthodes d’écomobilité : consommer moins de carburant, préserver le matériel et surtout améliorer le confort des usagers. Le système développé dans ce projet analyse les données de nombreux capteurs, ce qui per-met d’apporter directement des améliorations au style de conduite du conducteur.

Tout usager des transports publics a sans doute un jour qualifié le style de conduite du conducteur de désagréable ou d’exemplairement doux. Ce projet réalisé entre hepia et les Transports publics genevois (TPG) consiste à développer un nouvel outil d’aide à la formation dont l’objectif est de fournir au formateur un outil informatique permettant de mesurer et de visualiser immédiatement les effets de la conduite sur le ressenti des passagers ainsi que de faciliter des économies de carburant.

Ce principe de l’écomobilité est présenté durant les formations et consiste à étudier les méthodes de conduite pour améliorer le confort des usagers, en évitant accélérations et freinages brusques ou répétitifs, par exemple.

L’une des difficultés majeures pour un conducteur est de comprendre l’impact de sa conduite sur le ressenti de ses passagers, surtout lorsqu’il s’agit d’un véhicule articulé de longue taille.

Le bus dédié à la formation est équipé de capteurs d’accélération, d’un système de localisation par GPS, d’une liaison à la centrale du bus, ainsi que de caméras. Toutes ces informations sont centralisées et mémorisées dans un ordinateur installé dans le véhicule. Une liaison sans fil par Wi-Fi permet à une ou plusieurs tablettes de visualiser en direct le parcours effectué, les images des caméras, ainsi que l’état des différents capteurs. La lecture des informations présentées fournit au formateur la possibilité de discuter immédiatement avec le conducteur de la qualité de sa conduite en termes d’écomobilité.

Un bilan final est rédigé et mis à disposition du conducteur qui peut ainsi comparer ses différentes courses de formation et évaluer sa progression.

Le principal défi de ce projet est de concevoir une architecture extrême-ment fiable et simple d’utilisation. Une transposition de ce système aux trolleys et tramways est envisagée.

Architecture globale du système.

Fiche 6

ValorisationCe projet sera achevé au printemps 2013 et mis à disposition des TPG pour le présenter à la conférence internationale sur les transports publics qui se tiendra à Genève en mai 2013.Plusieurs développements de ce projet pourront par ailleurs être utilisés dans d’autres collaborations avec les TPG, essentiellement dans les domaines du développement durable, tels que la mesure et l’économie d’énergie.

Equipement particulierL’environnement d’un véhicule de transport nécessite des systèmes particuliers dont la robustesse et la fiabilité se doivent d’être supérieurs aux standards :• L’ordinateur installé dans le bus a été choisi chez le fabriquant Kontron.

Celui-ci est certifié conforme à la norme EN50155 utilisée dans les transports et le domaine ferroviaire.

• La communication entre capteurs repose sur un système éprouvé dans ce domaine : le bus CAN.

• Une communication redondante est utilisée entre l’ordinateur de bord et la tablette.

Légendes

1 - Electronique d’un capteur d’accélérations.2 - Un boîtier contenant un capteur

d’accélérations.3 - Logiciel EcoView développé dans le cadre

du projet.4 - Graphes des accélérations et représentation

sous forme de nuages de points.5 - Image de la caméra du poste de conduite

et de la route.6 - Logo TPG.

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Fiche 7

QCRYPTCommunications à haute vitesse sécurisées par des clés de chiffrement distribuées selon les principes de la physique quantique.Fabien Vannel

DescriptifQCRYPT est un projet multi-sites financé par Nano-tera visant à créer un système de crypto-graphie quantique unique. Les performances ambitionnées ont nécessité la mise en commun de plusieurs compétences afin d’appliquer les résultats de la recherche fondamentale à un système commercialisable. hepia est chargée de la conception en VHDL de composants du Quantum Key Distribution (QKD) ainsi que de la conception d’interfaces optiques implémen-tées dans des FPGA de dernière génération.

Points forts• Projet multi-sites de 4 ans

avec un budget de plusieurs millions de francs.

• Utilisation de FPGA Virtex 6 ainsi que Stratix V.

• Implémentation d’interfaces série optiques à 2.5 Gbit/s et 10 Gbit/s.

• Conception d’algorithmes mathématiques en VHDL (Low-Density-Parity-Check, AES).

• Développement de protocoles dédiés.

• Conception de composants optiques (détecteur de photon unique).

• Preuves formelles de protocoles cryptographiques quantiques.

La société d’information actuelle est fondée sur le partage de données sous forme électronique. La cryptographie apporte des solutions pour échanger des informations de façon sécurisée et repose sur deux principes : disposer d’un algorithme mathématique de chiffrement et d’un secret commun unique. Actuellement, les systèmes d’information utilisent des algorithmes de chiffrement tels que AES (Advanced Encryption Standard), qui sont considérés comme incassables. En ce qui concerne le partage du secret commun, il est important qu’il soit transmis sans que quiconque puisse le récupérer. Selon les niveaux de sécurité souhaités, il peut être nécessaire d’utiliser une nouvelle clé de chiffrement à chaque échange de message.

L’objet de ce projet est de mettre les propriétés quantiques de l’optique au profit de la création de clés uniques. Le système est constitué de deux appareils (Alice et Bob), distants de plusieurs dizaines de kilomètres et reliés entre eux par une fibre optique. Un très faible flux de photons est émis au travers de ce canal, de sorte que chaque photon soit porteur d’un seul bit d’information. Les systèmes émetteurs et récepteurs, nommés QKD (Quantum Key Distribution) peuvent créer des clés aléatoires tout en les garantissant contre toute interception ou manipulation par un espion.

Ces clés construites dans les appareils Alice et Bob à un taux de 1Mbit/s, sont transmises à deux encrypteurs chiffrant par AES des communications jusqu’à 100 Gbit/s.

Ce projet multi-sites financé par les fonds Nano-tera vise à dépasser les limites technologiques actuelles en s’appuyant notamment sur la conception de composants optiques tels qu’un détecteur de photon unique à très haut débit, sur l’accélération matérielle d’algorithmes mathématiques dans des FPGA et sur l’exploitation d’interfaces de télécommunication à 100Gbit/s.

Schéma ArchiQCRYPT.

Partenaires

Fiche 7

ValorisationLes résultats de ce projet sont exploités par la société genevoise IdQuantique sous la forme de deux nouveaux appareils : un encrypteur AES à 100 Gbit/s ainsi qu’un serveur de clés quantiques (QDK) à 1 Mbit/s fonctionnant jusqu’à 100 km.Plusieurs publications académiques sont prévues ainsi que des présentations dans des conférences internationales.Les résultats de ce projet pourront également être exploités dans le cadre de nouvelles collaborations.

Fiche 8

MUlti-disciplinary diStrIbuted Computing (MUSIC) Nabil Abdennadher

Points fortsL’idée directrice du projet MUSIC est de profiter de l’infrastructure matérielle informatique existante et non exploitée pour exécuter des applications gourmandes en ressources informatiques (pro-cesseurs, mémoires, espace de stockage, réseau, etc.). L’objectif est d’offrir aux chercheurs et aux industriels un environnement intuitif qui cache la complexité et l’hétérogénéité de l’infrastructure matérielle. Cette démarche est similaire aux concepts proposés par le grid et le cloud computing.

hepia développe depuis 2003 un environnement de calcul volontaire appelé XtremWeb-CH (XWCH : www.xtremwebch.net). Cet environnement est composé d’une infrastructure informatique matérielle et d’une couche logicielle qui cache l’hétérogénéité et la distribution des ressources. XWCH a fait l’objet de plusieurs améliorations et extensions dans le cadre de plusieurs projets de recherche appliquée financés par la HES-SO, la Confédération suisse et l’Europe (FP7).

L’objectif du projet MUSIC est de :

• consolider l’infrastructure existante par de nouvelles ressources fiables et stables ;

• développer les outils nécessaires pour l’administration et la gestion des ressources disponibles. Ces outils concernent aussi bien les administra-teurs que les développeurs d’applications ;

• connecter la plate-forme actuelle XWCH avec d’autres plate-formes distri-buées telle que la grille Suisse (www.smscg.ch), la plate-forme euro-péenne EDGI (http://edgi-project.eu/) ou le cloud d’Amazone (http://aws.amazon.com/ec2/) ;

• utiliser la plate-forme dans le cas concret de plusieurs applications issues de domaines divers tels que l’environnement, les sciences du vivant et l’art.

DescriptifMUSIC vise à mettre en place une plate-forme distribuée de calcul volontaire pour le déploiement et l’exécution d’applications de calcul intensif. L’idée est d’exploiter les infrastructures matérielles non utilisées au sein d’une entreprise, laboratoire ou université pour exécuter des applications de haute perfor-mance. Plusieurs applications sont déployées afin de valider et de tester la plate-forme mise en place. Elles sont issues de domaines divers tels que l’envi-ronnement, les sciences du vivant et l’art. Exemple de deux applications déployées sur la plate-forme Grid / Cloud / Cluster de l’hepia :

classification d’images « artistiques » (HES Lucerne) et analyse des risques de cyclones (Université de Genève).

Fiche 8

ValorisationLes outils, le savoir-faire et les applications développés dans le cadre du projet MUSIC seront utilisés pour proposer des solutions perfor-mantes et à coût abordable pour les sociétés et entreprises ayant un besoin en calcul de haute performance.

Equipement particulierLe projet MUSIC utilisera le cluster Gordias installé à hepia, l’infrastructure de calcul volontaire XtremWeb-CH, la plate-forme Cloud du projet européen Venus-C ainsi qu’une plate-forme de cloud privée en cours de construction à hepia.

Valorisation La valorisation de la recherche d’inIT s’est réalisée par les publications scientifiques ou tout-public, les communications dans des congrès, des interventions ponctuelles dans divers médias (TV, radio, journaux), l’orga-nisation de manifestations scientifiques.

Sélection de valorisations « grand-public »

« SITG Concours hepia », Tribune de Genève du 20 juillet 2011.

«Affrontement éthique entre pirates informatiques / ITI », Tribune de Genève, du 4 mars 2011.

« Genève enlève toute les caissettes à journaux et plante un arbre à la place », Urbanités, RTS, 21 avril 2010

« Faites faire des calculs à votre écran de PC ! », Newsletters Alliance, février 2011.

« L’imprimerie a permis au peuple de lire, l’internet va lui permettre d’écrire », Evéne-ment Fêtons Linux 2e édition, Tribune de Genève du 4 octobre 2011.

« Linux et ses pairs fêtés par leurs utilisateurs », événement Fêtons Linux 1re édition, Le Courrier du 7 octobre 2010.

« Une fête pour aimer les logiciels libres », Evénement Fêtons Linux 1re édition, Tribune de Genève du 6 octobre 2010.

Sélection de valorisations scientifiques

Abdennadher N., Niinimaeki M., Ben Belgacem M. « The XtremWeb-CH Volunteer Computing Platform », 3e chapitre du livre Desktop Grid Computing, Christophe Cérin, Gillles Fedak, 2012.

Abdennadher N., Niinimaeki M., « Virtual EZ Grid : A Volunteer Computing Infrastructure for Scientific Medical Applications », International Journal of Handheld Computing Research 3(1), pp. 74-84, 2012.

Albuquerque P., Künzli P. and Meyer X. « Performance Model for a Cellular Automata Implementation on a GPU Cluster ». In K. De Bosschere, E.H. D’Hollander, G.R. Joubert, D. Padua, F. Peters, M. Sawyer editors, Applications, Tools and Techniques on the Road to Exascale Computing, Advances in Parallel Computing, vol. 22, p. 199-206. IOS Press, 2012.

Bologna G., Deville B., Gomez J.D., Pun T. « Toward local and global perception modules for vision substitution ». Neurocomputing, 74(8): 1182-1190, 2011.

Satizábal Héctor F., Upegui A., Pérez-Uribe A., Rétornaz P., Mondada F., « A social approach for target localization : simulation and implementation in the marXbot robot ». Memetic Computing, 3(4): 245-259, 2011.

Upegui A., Thoma Y., Satizábal Hector F., Mondada F., Rétornaz P., Graf Y., Perez-Uribe A. and Sanchez E. « Ubichip, Ubidule, and MarXbot: A Hardware Platform for the Simu-lation of Complex Systems », In ICES 2010: From Biology to Hardware, York-UK, LNCS 6274, pp. 286-298, 2010.

Titi X., El Maliki T., Seigneur J-M. « Reputation System for Mitigation of Malicious Access Points », IADIS, BEST Quantitative Research Paper, 2010.

El Maliki T., Seigneur J-M. « Identity Management Services », book chapter of « Computer And Information Security Handbook », Vacca, Elsevier, 2010.

El Maliki T., Seigneur J-M. « Survivability of Mobile Sensor Network using Security Adaptation Reference Monitor (SARM) » Proceeding Indoor Positioning and Indoor Navigation IPIN, Zurich, 2010.

Upegui A. « Dynamically Reconfigurable Hardware for Evolving Bio-Inspired Architec-tures » book chapter in « Intelligent Systems for Automated Learning and Adaptation : Emerging Trends and Applications », edited by Raymond Chiong, IGI Global publisher, Hershey - USA, pp. 1-22, 2010.

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Bologna, G., Deville, B., Pun, T. « On the Use of the Auditory Pathway to Represent Image Scenes in Real-Time ». Neurocomputing, 72, 839-849, 2009. Electronic publication : 2008, Article DOI : http://dx.doi.org/10.1016/j.neucom.2008.06.020 (2009).

J. Mira, J. M. Ferrández, J. R. Álvarez, F. Paz, and F. J. Toledo, Eds. Lecture Notes In Computer Science, vol. 5602. Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, 2009.

Conférences, congrès

Gomez J.D., Bologna, G., Pun, T. « Spatial awareness and intelligibility for the blind : audio-touch interfaces ». Proc. of the CHI’12 International Conference, Austin, Texas, 5-10 mai 2012.

« Eco-Mobilité », Les Rencontres de l’innovation, Soirée de la recherche des écoles HES, HETS, Genève, 21 mars 2012.

Gomez J.D., Mohammed S., Bologna G., Pun T. « Hybrid Kinect and sound-based scene understanding for visually impaired people assistance ». AEGIS Workshop and International Conference (Accessibility reaching everywhere), Brussells, Belgium, 28-30 novembre 2011.

Gomez J.D., Mohammed S., Bologna G., Pun T. « A virtual ceiling mounted depth-camera using orthographic kinect ». Proc. of the 13th International Conference on Computer Vision (demo paper), Barcelona, Spain, 6-13 novembre 2011.

Gomez J.D., Mohammed S., Bologna G., Pun T. « Toward 3D scene understanding via audio-description: Kinect-iPad fusion for the visually impaired ». Proc. of the 13th international ACM SIGACCESS conference on computers accessibility (ASSETS’11), Dundee, Scotland, 24-26 octobre 2011.

Meyer X., Albuquerque P. and Chopard B. « A multi-GPU implementation and perfor-mance model for the standard simplex method ». Proc. 1st Int’l Symp. and 10th Balkan Conf. on Operational Research, BalcOR 2011, Thessaloniki, Greece, 22-25 septembre 2011.

El Maliki T., Seigneur J-M., « Reliablity and Survivability of Wireless Sensor Network Using Security Adaptation Reference Monitor (SARM) » Secureware 2011, IEEE., Fifth International Conference on Emerging Security Information, Systems and Technologies, Nice, France, 21-27 août 2011.

Gomez J.D., Bologna G., Deville B., Pun T. « Multisource sonification for visual substi-tution in an auditory memory game : one or two fingers ? » In Proceedings of the 17th International Conference on auditory display, Budapest, Hungary, 20-23 juin 2011.

Abdennadher N., Ben Belgacem M., Couturier R., Laiymani D., Miquee S., Niinimaeki M., Sauget M., « Gridification of a Radiotherapy Dose Computation Application with the XtremWeb-CH Environment », GPC 2011, Oulu, Finlande, mai 2011.

« Building a Volunteer Computing Platform with XtremWeb-CH », tutorial donné en marge de la conférence GPC 2011, Oulu, Finlande, mai 2011.

Mobilité durable dans les transports publics, Swiss Engineering, Journée Technique mobilité durable, hepia, Genève, 25 mai 2011.

Gomez, J.D., Bologna, G., Pun, T. « Colour-audio encoding interface for visual substi-tution ». Zürich Vision Meeting 2011, 19 avril 2011 (Poster).

Walenta N., Burg A., Guinnard O., Houlmann R., Wen Lim C., Roth C., Trinkler P., Vannel F., Zbinden H., « High-speed quantum key distribution », Nano-tera, RTD2010, avril 2011.

Gomez, J.D., Bologna, G., Pun, T. « Color-audio encoding interface for visual substitu-tion : See ColOr matlab-based demo ». In Proceedings of the 12th international ACM SIGACCESS conference on computers accessibility (ASSETS’10), Orlando, Florida, USA, 25-27 octobre 2010.

Bologna, G., Pun, T. « Detecting objects and obstacles for visually impaired individuals using visual saliency ». In Proceedings of the 12th international ACM SIGACCESS confe-rence on computers accessibility (ASSETS’10), Orlando, Florida, USA, 25-27 octobre 2010.

El Maliki T., Seigneur J-M. « A Security Adaptation Reference Monitor (SARM) for Highly Dynamic Wireless Environments » The International Conference on Emerging Security Information, Systems, and Technologies SECURWARE, juillet 2010.

Bologna, G., Deville, B., Pun, T. « Sonification of color and depth in a mobility aid for blind people ». In Proceedings of the 16th international Conference on Auditory Display, Washington DC, USA, 9-15 juin 2010.

Ben Belgacem M., Niinimaeki M., Abdennadher N. « Programming Distributed Medical Applications with XWCH2 » HealthGrid 2010, Paris, juin 2010.

El Maliki T., Seigneur J-M. « A Security Adaptation Reference Monitor (SARM) for Highly Dynamic Wireless Environments », IEEE- ICC, Theme : « Communications: Accelerating Growth and Development » Cape Town, South Africa, 23-27 mai 2010.

Satizábal Héctor F., Upegui A., and Perez-Uribe A. « Social Target Localization in a Population of Foragers », Proceedings of International Workshop on Nature Inspired Cooperative Strategies for Optimization (NICSO 2010), Granada-Spain, Studies in Compu-tational Intelligence vol 284, pp. 13-24 mai 2010.

Titi X., El Maliki T., Seigneur J-M. « Towards Mobile / Wearable Device Electrosmog Reduction through Careful Network Selection » ACM International Conference Procee-ding Serie 2010.

Abdennadher N., Fragnière E., Moresino F. « Services Pricing: A Shared Grid Case Study » IEEE International Conference on Service Operations, Logistics and Informatic. Chicago, USA, juillet 2009.

Bologna G., Deville B., Pun T. Blind « Navigation along a Sinuous Path by Means of the See ColOr Interface ». In Proceedings of the 3rd international Work-Conference on the interplay between Natural and Artificial Computation: Part II : Bioinspired Applications in Artificial and Natural Computation, Santiago de Compostela, Spain, 22-26 juin 2009.

Bologna, G., Malandain, S., Deville, B., Pun, T. « The multi-touch See ColOr interface », ICTA 2009, The 2nd Int. Conf. on Information and Communication Technologies and Acces-sibility, Hammamet, Tunisia, 7-9 mai 2009.

Satizábal Hector F., Upegui A. « Dynamic Partial Reconfiguration of the Ubichip for Implementing Adaptive Size Incremental Topologies ». In proceedings of the IEEE Congress on Evolutionary Computation, Trondheim - Norway, pp. 134-141, mai 2009.

Parra J., Upegui A., Velasco J. « Cytocomputation in a biologically inspired and dyna-mically reconfigurable hardware platform ». In proceedings of the IEEE Congress on Evolutionary Computation, Trondheim - Norway, pp. 150-157, mai 2009.

Jorand O., Perez-Uribe A., Volken H., Upegui A., Thoma Y., Sanchez E., Mondada F., and Retornaz P. « Noise and bias for free : PERPLEXUS as a material platform for embodied thought-experiments ». In proc. of Adaptive and Emergent Behaviour and Complex Systems (AISB 2009) Convention, Edinburgh, Scotland, 6-9 avril 2009.

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