Cette thèse porte sur l'étude numérique des fluctuations extrêmes de la force de traînée exercée par un écoulement turbulent sur un corps immergé.Ce type d'évènement, très rare, est difficile à caractériser par le biais d'un échantillonnage direct, puisqu'il est alors nécessaire de simuler l'écoulement sur des durées extrêmement longues. Cette thèse propose une approche différente, basée sur l'application d'algorithmes d'échantillonnage d'événements rares. L'objectif de ces algorithmes, issus de la physique statistique, est de modifier la statistique d'échantillonnage des trajectoires d'un système dynamique, de manière à favoriser l'occurrence d'événements rares. Si ces techniques ont été appliquées avec succès dans le cas de dynamiques relativement simples, l'intérêt de ces algorithmes n'est à ce jour pas clair pour des dynamiques déterministes extrêmement complexes, comme c'est le cas pour les écoulement turbulents.Cette thèse présente tout d'abord une étude de la dynamique et de la statistique associée aux fluctuations extrêmes de la force de traînée sur un obstacle carré fixe immergé dans un écoulement turbulent à deux dimensions. Ce cadre simplifié permet de simuler la dynamique sur des durées très longues, permettant d'échantillonner un grand nombre de fluctuations dont l'amplitude est assez élevée pour être qualifiée d'extrême.Dans un second temps, l'application de deux algorithmes d’échantillonnage est présentée et discutée.Dans un premier cas, il est illustré qu'une réduction significative du temps de calcul d'extrêmes peut être obtenue. En outre, des difficultés liées à la dynamique de l'écoulement sont mises en lumière, ouvrant la voie au développement de nouveaux algorithmes spécifiques aux écoulements turbulents. / This thesis discusses the numerical simulation of extreme fluctuations of the drag force acting on an object immersed in a turbulent medium.Because such fluctuations are rare events, they are particularly difficult to investigate by means of direct sampling. Indeed, such approach requires to simulate the dynamics over extremely long durations.In this work an alternative route is introduced, based on rare events algorithms.The underlying idea of such algorithms is to modify the sampling statistics so as to favour rare trajectories of the dynamical system of interest.These techniques recently led to impressive results for relatively simple dynamics. However, it is not clear yet if such algorithms are useful for complex deterministic dynamics, such as turbulent flows.This thesis focuses on the study of both the dynamics and statistics of extreme fluctuations of the drag experienced by a square cylinder mounted in a two-dimensional channel flow.This simple framework allows for very long simulations of the dynamics, thus leading to the sampling of a large number of events with an amplitude large enough so as they can be considered extreme.Subsequently, the application of two different rare events algorithms is presented and discussed.In the first case, a drastic reduction of the computational cost required to sample configurations resulting in extreme fluctuations is achieved.Furthermore, several difficulties related to the flow dynamics are highlighted, paving the way to novel approaches specifically designed to turbulent flows.

Le projet de recherche présenté dans cette thèse a été réalisé avec la collaboration de la Direction de l'Ingénierie SNCF et le CReSTIC de l'Université de Reims Champagne-Ardenne (URCA). L'objectif de ce projet est de contribuer à l'amélioration des études de conception du contrôle/commande des projets d'électrification menées par les chargés d'études. Ce projet doit répondre à des objectifs humains, économiques et techniques exprimés par la SNCF, notamment appliqué au domaine des Equipements d'Alimentation des Lignes Electrifiées (EALE). Pour répondre à ces problématiques, une méthodologie pour les études d'automatisation est proposée. Elle intègre deux axes de recherche. Le premier axe est la génération automatique de livrables (codes, documents, schémas…). Celle-ci repose nécessairement sur une standardisation et une modélisation du « métier ». L'approche MDD (Model Driven Development) du génie logiciel et l'approche DSM (Domain Specific Modeling), apporte des éléments de solution reposant sur l'utilisation de « templates métiers ». Toutefois, il est fondamental de générer des livrables de qualité et du code API (Automates Programmables Industriels) sûr de fonctionnement. Le second axe de recherche s'intéresse à la commande sûre de fonctionnement. Trois approches de synthèse de la commande (la Supervisory Control Theory (SCT), la synthèse algébrique, la commande par contraintes logiques) permettant a priori de répondre à ces objectifs de sûreté sont présentées et discutées. La commande par contraintes logiques présente l'avantage majeur de séparer la sécurité (qui est vérifiée formellement hors ligne par model-checking) et le fonctionnel, et de pouvoir être utilisée avec des programmes API existants, ne remettant pas ainsi en cause la méthodologie de travail des chargés d'études. / The research project presented in this thesis has been realized with the collaboration of the Engineer Department of the SNCF and the CReSTIC of the University of Reims Champagne-Ardenne. The goal of this project is to contribute to the improvement of the control studies of the electrification projects realized by the design engineers. This project must meet human, economic and technical aims expressed by the SNCF applied to the field of the Power Supply Equipments of the Electrified Lines (EALE in french). To answer these problems, a methodology for the automation studies is proposed. It integrates two research orientations were studied. The first axis is the automatic generation the deliverables (codes, documents, diagrams…). This axis is based on standardization and modeling of the “work”. MDD (Model Driven Development) and DSM (Domain Specific Modeling) approaches, brings suggestions for solution based on the use of “work templates”. However, it is fundamental to generate quality deliverables and safe PLC (Programmable Logic Controller) code. The second research orientation is interested in safe control. Three approaches of control synthesis (Supervisory Control Theory (SCT), the algebraic synthesis, the control by logical constraints) permitting a priori to reach these aims of safety are presented and discussed. The major advantage of the control by logical constraints is to separate the safety (which is checked formally off line by model-checking) and the functional parts. It can be used with existing PLC programs, which doesn't change thus the working methodology of the design engineers.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

L’étude de la conflictualité armée dans les pays en développement et des effets des interventions extérieures visant à la circonscrire constitue un enjeu majeur et multidisciplinaire. La complexité des processus sociaux entrelacés dans de tels contextes génère des défis particuliers pour les approches de modélisation et simulation informatique. En effet la forme des conflits actuels, centrés autour des populations locales, a amené les forces de stabilisation à développer des actions dites d'influence, qui se donnent pour but de convaincre les locaux de la légitimité des opérations. Ce travail en retient trois (opérations psychologiques OMI/PSYOPS, opérations civilo-militaires et Key Leader Engagements) et propose une modélisation permettant de représenter la propagation de leurs effets au sein d'une population virtuelle réaliste. Cela nécessite une représentation détaillée des mécanismes psychologiques de persuasion et d’influence et des structures sociales considérées, et constitue donc un apport à l’analyse des processus de communication au sein de réseaux sociaux. On fait le choix d'une simulation sociale orientée agents permettant de représenter d'une part un échantillon composé uniquement d'individus (jusqu’à environ 10 000) dotés de mécanismes de traitement réalistes, et d'autre part la complexité des sphères de sociabilité collective en générant cette population sous forme d'un réseau multicouche. Le modèle conceptuel ainsi conçu permet d’intégrer pour chaque étape des critères pertinents pour la simulation des actions, mais aussi, eut égard à la nature même de celles-ci et de leurs enjeux, d’éclairer certains mécanismes sociaux caractéristiques d’un conflit armé / The study, analysis and understanding of armed violence phenomenons in developing countries and of the effects of international military interventions aimed at resolving them is a crucial contemporary issue. These situations coincidentally present, considering the plethora and complexity of the implicated and intertwined social processes, a challenge for social computing, modeling and simulation. A challenge but also an opportunity, as the evolution of the forms of conflict, today centered on the local populations, has prompted the armies tasked with implementing stabilization missions to develop influence actions. Such operations, overall concerned with persuading the locals of the legitimacy of the operations, allow a more comprehensive approach to conflict resolution, beyond the simple use of force. Modeling some of these specific actions (PSYOPS, CIMIC, and Key Leader Engagement) is a credible project and a contribution to analysis of communication and persuasion processes in social networks by taking into account detailed and specific social and cultural factors. This research thus presents a conceptual model allowing simulation of the effects of these specific actions of influence in a realistic civilian population. We chose an agent-based approach as these lend particularly well with this type of research, allowing us to generate a group of up to 10,000 agents, composed solely of individuals for a detailed cognitive treatment, and structured as a multilayer network for representing complex sociality. Given the nature of such actions and their context of application, such a model also highlights some social mechanisms typical of armed conflict situations