Ce travail de thèse a pour but l'optimisation de forme en forgeage 3D. Les problèmes à résoudre consistent à chercher la forme optimale du lopin initial ou des outils de préforme afin de minimiser une fonction coût F qui représente une mesure de non-qualité définie par les industriels. Ce sont souvent des problèmes multi optima, et le temps nécessaire pour une évaluation de la fonction coût est très élevé (de l'ordre de la journée). L'objectif de cette thèse est de construire un module d'optimisation automatique qui permet de localiser l'extremum global à un coût raisonnable (moins de 50 calculs de la fonction coût à chaque optimisation). La simulation du procédé est effectuée avec le logiciel éléments finis FORGE3®. Les formes axisymétrique des pièces initiales ou des outils de préforme (dans le cadre du forgeage multi-passes) sont paramétrées en utilisant des polygônes quadratiques ou des courbes Bsplines. Différentes fonctions coûts sont considérées, comme l'énergie totale de forgeage ou la mesure non-qualité de la surface (défaut de repli). Le gradient de ces fonctions coûts est obtenu par la méthode de l'Etat Adjoint combinée avec la méthode de différentiation semi-analytique. Dans ce travail, afin d'aborder une famille de procédés de forgeage plus vaste, ce calcul du gradient (initié dans la thèse de M. Laroussi) a été étendu aux paramètres de forme des outils de préformes dans le cadre du forgeage multi passes.Différents algorithmes d'optimisation ont été étudiés : un algorithme BFGS standard, un algorithme de type asymptotes mobiles, une stratégie d'évolution couplée avec une surface de réponse basée sur le Krigeage et deux nouveaux algorithmes hybrides proposés dans le cadre de ce travail. Cette approche hybride consiste à coupler un algorithme génétique avec une méthode de surface de réponse pour réduire le nombre d'évaluations de la fonction coût. Tous les algorithmes étudiés sont comparés sur deux problèmes caractéristiques de forgeage 3D, respectivement l'optimisation de la géométrie de la préforme et celle des outils de préforme. Les résultats obtenus montrent la faisabilité de l'optimisation de forme en forgeage 3D, c'est-à-dire l'obtention de résultats satisfaisant en moins de 50 simulations 3D et la robustesse des algorithmes à base de méta-modèle.

Le contrôle non destructif de défauts du type fissures pénétrables ou impénétrables constitue un problème inverse très intéressant parmi ceux de la physique, de l'ingénierie des matériaux et structures, des sciences médicales, etc., et en soi est donc un sujet d'importance sociétale certaine. Le but de cette thèse est de développer des méthodes de reconstruction efficaces afin de les appliquer à une variété de problèmes de fissures. Premièrement, nous proposons un algorithme non-itératif afin de déterminer les extrémités de fissures conductrices, algorithme basé sur une formulation asymptotique appropriée et une méthode d'identification de pôles simples et de résidus d'une fonction méromorphe. Puis un algorithme non-itératif de type MUSIC(MUltiple SIgnal Classification) est considéré afin d'imager une fissure pénétrable ou impénétrable à partir du champ qu'elle diffracte, ce champ pouvant être représenté grâce à une formulation asymptotique rigoureuse. Une technique d'ensembles de niveaux est alors proposé afin de reconstruire une fissure pénétrable, deux fonctions d'ensemble de niveaux étant utilisées pour la décrire puisqu'une méthode traditionnelle d'ensembles de niveaux ne le permet pas de par sa petite épaisseur. Finalement, cette thèse traite de la reconstruction des fissures courtes et étendues avec des conditions limites de Dirichlet. Nous développons alors un algorithme de type MUSIC pour reconstruire les petites fissures et un algorithme d'optimisation pour les fissures longues basé sur la formulation asymptotique. Des simulations numériques nombreuses illustrent les performances des méthodes de reconstruction proposées.

Nous proposons dans cette thèse, différents outils de réglage de tension et de gestion de la puissance réactive en fonction des conditions de raccordement des éoliennes au réseau électrique. Trois cas figure sont étudiés : raccordement direct sur un poste source de distribution, raccordement des éoliennes réparties dans un réseau de distribution et raccordement d'un ensemble de parcs éoliens au réseau de transport.Un algorithme de réglage basé sur l'asservissement de la puissance réactive est proposé pour le raccordement direct d'un parc sur un poste source. Un réglage coordonné de tension en présence de régleur en charge est proposé (D-RCT) pour le raccordement des éoliennes reparties dans un réseau de distribution. On propose aussi une version plus décentralisée du réglage coordonné (D2-RCT) qui pourrait être implantée sous forme de système multi-agents intelligents (SMA). Un system de control multi-niveaux est proposé pour le raccordement d'un ensemble de parcs éoliens au réseau de transport. Il permet de répondre de manière optimale à une demande puissance réactive envoyée par le gestionnaire du réseau de transport. Les différents types de réglages proposés sont basés sur des algorithmes d'optimisation multi-objectifs. Afin de valider en temps réel le bon fonctionnement des stratégies de réglages développées ainsi que leurs modes de communication, une implantation expérimentale sous simulateur temps réel RT-Lab a été effectuée. Enfin, les résultats des simulations montrent l'amélioration de l'intégration de la production décentralisée dans les réseaux électriques

Cette étude propose une nouvelle méthode pour estimer l'angle et la distance afin de localiser des objets reposants sur le fond ou enfouis dans les sédiments marins. L'originalité de cette méthode réside en l'estimation simultanée de l'angle et la distance dans un environnement bruité et en présence de signaux corrélés. Les statistiques d'ordre supérieur ont été utilisées pour pallier au problème du bruit et ceci en formant la matrice des cumulants pour chaque fréquence. Ensuite, un lissage fréquentiel est appliqué pour former la matrice des cumulants focalisée afin d'estimer le sous-espace signal cohérent. C'est ce dernier traitement qui permet de décorréler les signaux. Ainsi, pour estimer les paramètres des objets, la matrice interspectrale est remplacée par la matrice des cumulants focalisée et le modèle du champ acoustique diffusé est utilisé au lieu du modèle d'onde plane dans la méthode MUSIC (MUltiple SIgnal Classification). D'autre part, les déphasages des signaux dus aux déformations de l'antenne ont été estimés en utilisant l'algorithme DIRECT (DIviding RECTangles). Les performances de cette méthode ont été évaluées sur des données réelles mesurées dans une cuve expérimentale où plusieurs objets ont été enfouis sous le sable. La méthode proposée est supérieure en terme de performances comparée aux méthodes classiques. Cette supériorité est vérifiée qu'elle que soit la position de l'objet, champ lointain ou de champ proche de l'antenne. Les bons résultats de la localisation des objets sont encourageants et très prometteurs.

Les systèmes de communication MIMO à utilisateurs multiples (MU-MIMO) connus dans la théorie de l'information comme système de canal de diffusion de l'anglais Broadcast Channel (BC) est devenu ces dernières années l'un des sujets les plus étudiés dans le domaine des communications sans fil. Cet intérêt important vient de l'énorme potentiel qu'il offre dans l'amélioration aussi bien de la fiabilité que la stabilité des systèmes. Par ailleurs, ce type de système commence à apparaître dans les systèmes de nouvelle génération tels que LTE, WiFi. . . Cependant, du fait, de la corrélation non linéaire entre les directions et à cause du couplage avec l'attribution de puissance, le débit total qui représente notre fonction de coût à maximiser devient une fonction non convexe. Néanmoins, la théorie de l'information a démontré que la capacité de BC pourrait être atteinte par un codage DPC. Le problème avec ce précodage est d'une part est un précodage non linéaire et donc difficilement réalisable, et d'autre part, présente une grande complexité et consomme beaucoup de ressources. Afin de remédier à cela, des algorithmes linéaires sous-optimaux on été proposés. Elles peuvent être classées en solutions itératives et approchée (CF). Les techniques de conception de precodeurs peuvent également être différenciée en fonction du nombre de flux attribués par utilisateur. En fait, certains ne permettent qu'un seul flux par utilisateur même si le système ne soit pas entièrement chargé. On a récemment proposé des algorithmes multi-flux. Néanmoins, ils présentent quelques inconvénients : Certains doivent imposer à l'avance la distribution des flux et accentuent la sous optimalité. Mais le plus grand inconvénient reste celui des problèmes de convergence vers un maxima local ou parfois de divergence. Cette thèse s'inscrit dans ce cadre et à travers elle on essaye de proposer des solutions afin d'améliorer les algorithmes d'optimisation et de maximiser le débit total du système. Nous avons étudié et proposé des solution avec précodage itératif mais aussi en forme approchée. La thèse est essentiellement une collection de ce qui suit : * Précodage linéaire pour MU-MIMO BC avec flux unique par utilisateur. * Précodage linéaire pour MU-MIMO BC avec flux multiples et sélection d'utilisateurs.

Actuellement, le principal obstacle à la mise en œuvre de la FWI élastique en trois dimensions sur des cas d'étude réalistes réside dans le coût de calcul associé aux taches de modélisation sismique. Pour surmonter cette difficulté, je propose deux contributions. Tout d'abord, je propose de calculer le gradient de la fonctionnelle avec la méthode de l'état adjoint à partir d'une forme symétrisée des équations de l'élastodynamique formulées sous forme d'un système du premier ordre en vitesse-contrainte. Cette formulation auto-adjointe des équations de l'élastodynamique permet de calculer les champs incidents et adjoints intervenant dans l'expression du gradient avec un seul opérateur de modélisation numérique. Le gradient ainsi calculé facilite également l'interfaçage de plusieurs outils de modélisation avec l'algorithme d'inversion. Deuxièmement, j'explore dans cette thèse dans quelle mesure les encodages des sources avec des algorithmes d'optimisation du second-ordre de quasi-Newton et de Newton tronqué permettait de réduire encore le coût de la FWI. Finalement, le problème d'optimisation associé à la FWI est mal posé, nécessitant ainsi d'ajouter des contraintes de régularisation à la fonctionnelle à minimiser. Je montre ici comment une régularisation fondée sur la variation totale du modèle fournissait une représentation adéquate des modèles du sous-sol en préservant le caractère discontinu des interfaces lithologiques. Pour améliorer les images du sous-sol, je propose un algorithme de débruitage fondé sur une variation totale locale au sein duquel j'incorpore l'information structurale fournie par une image migrée pour préserver les structures de faible dimension.

L'inertie thermique constitue un atout essentiel pour stocker l'énergie reçue par le bâtiment et la restituer quand cela est nécessaire : elle permet d'emmagasiner les apports gratuits issus du rayonnement solaire pour réduire les consommations énergétiques liées au chauffage en présence d'une isolation performante. En été, son association à la ventilation nocturne contribue à évacuer l'énergie stockée au cours de la journée limitant ainsi les surchauffes à l'intérieur du bâtiment. Une exploitation optimale de l'inertie passe par une sélection appropriée des matériaux de construction lors de la phase d'avant-projet et par le développement de stratégies visant à exploiter leur capacité de stockage. Les outils de simulation thermique dynamique dont on dispose permettent de modéliser de façon assez précise les transferts de chaleur dans l'enveloppe du bâtiment mais leur niveau de finesse n'est pas nécessairement adapté aux besoins des concepteurs au moment de faire les choix les plus fondamentaux. Néanmoins ils demeurent indispensables non seulement pour la validation de ces choix mais aussi pour le développement de méthodes destinées à améliorer l'exploitation de l'énergie avant de procéder à la réalisation d'un projet. Ce travail a consisté à développer une méthodologie de conception basée sur deux approches complémentaires : la première approche permet de décrire le comportement détaillé du bâtiment à l'aide d'un modèle de simulation dynamique performant développé dans la plateforme SimSPARK qu'on a eu l'occasion de comparer aux mesures expérimentales de la plateforme INCAS. La seconde est basée sur le développement de l'outil simplifié CoSPARK qui à partir de la connaissance de quelques éléments clés, permet de déterminer les caractéristiques appropriées de l'enveloppe pour favoriser la performance énergétique des bâtiments. La dernière partie de ce travail a été consacrée à l'optimisation de stratégies d'une part en activant l'inertie thermique dans le cas d'une ventilation nocturne adaptative pour l'été et d'autre part en réduisant les consommations de chauffage en hiver dans le cas d'un plancher couplé à une installation solaire en utilisant le modèle de référence SimSPARK.

Dans le contexte de l’avion plus électrique, les réseaux électriques aéronautiques sont en pleine évolution. Cette évolution est poussée par le besoin d’une intégration à forte densité énergétique ce qui pose des défis aux concepteurs en termes d’architectures, de systèmes et de méthodes de dimensionnement.Un réseau de bord est composé d’un ensemble de systèmes électriques multidisciplinaire qui proviennent de différents fournisseurs dont le design est actuellement effectué en répondant à des standards de qualité spécifiés par l’agrégateur. L’objectif de la thèse est de proposer de nouvelles approches intégrées qui permettent de gérer la complexité des réseaux électriques tout en convergeant vers un résultat optimal, offrant des gains de masses en référence à un design par des « approches mécanistes » reposant sur un agrégat de boucles d’optimisation locales. Une approche multiniveau a été développée en s’inspirant des travaux sur la MDO « Multidisciplinary Design Optimization ». L’élaboration de cette approche a été le résultat d’une expertise accumulée en appliquant différentes méthodes disponibles dans la bibliographie. L’optimisation porte plus spécifiquement sur les filtres d’entrée des charges du réseau ainsi que sur le filtre de sortie du canal de génération du réseau électrique embarqué. L’optimisation multiniveau vise, dans un contexte collaboratif, à itérer entre le niveau agrégateur (niveau réseau) et le niveau équipementier (charges et source du réseau). L’utilisation d’une formulation agrégée au niveau réseau et le respect des causalités au niveau des sous-problèmes sont les principaux atouts de cette approche qui conduit à des solutions proches de l’optimum global de masse de filtres. / Within more electric aircraft context, electric systems and networks have to evolve. High energy density integration pushes designers to reconsider their systems, architectures and tools.An aircraft network contains a large number of multidisciplinary systems which come from different manufacturers. Each manufacturer designs its system separately following quality standards specified by the aggregator. The goal of this thesis is to provide system approaches which could deal with the high-level of complexity of the network while reaching the optimal design of all the system and so reduce the total weight in comparison with mechanistic approaches based on independent optimization loops for the different subsystems.Consulting MDO “Multidisciplinary Design Optimization” researches, we have developed a multilevel approach based on our previous studies and conclusions on classical approaches used in the design of electrical systems. The optimization concerns the input filters of the loads connected to the HVDC bus and the output filter of the generating channel which supply the electric power. The multilevel collaborative optimization allows an automated exchange of data between the aggregator (system level) and manufacturers (sub-system level) and thanks to that, the optimal design of all the system is joined. The strong points of this approach are the aggregated formulation and causality connections between sub-systems.

Dans le but de réduire la consommation d’énergie et d’augmenter la part des énergies renouvelables, la conception optimale des futurs bâtiments (bâtiments intelligents) apparaît comme un facteur important. Cette thèse vise donc à développer des modèles, des méthodes innovantes d’aide à la conception pour ces bâtiments. Notre nouvelle approche de conception est une optimisation globale et simultanée de l’enveloppe, des systèmes énergétiques et de leurs stratégies de gestion dès la phase d’esquisse, qui prend en compte plusieurs critères de coût (investissement et exploitation) et de confort (thermique, visuel et aéraulique). Le problème d’optimisation multi-objectif est donc un problème de couplage fort de grande taille avec de nombreuses variables et contraintes, qui induisent des difficultés lors de sa résolution. Après avoir fait des analyses sur des cas tests, une méthode d’optimisation d’ordre 1 est choisie, en association à des modèles analytiques dérivés formellement de manière automatique. Notre méthodologie est appliquée à la conception de maisons individuelles, et plus particulièrement des maisons à énergie positive. Les résultats obtenus par cette approche globale apportent des informations importantes aux concepteurs pour l’aider à faire des choix en phase amont du processus de conception. / In order to reduce the energy consumption and to increase the use of renewable energy, the optimal design of future buildings (smart-buildings) appears as an important factor.This thesis aims to develop models, innovative methods aiding decision-making during the design of buildings. Our approach of design is a global and simultaneous optimization of envelope, energy systems and their management strategies from the sketch phase, which takes into account multi-criterions of costs (investment et exploitation) and comforts (thermal, visual, aeraulic). The multi-objective optimization problem is so a strong coupling problem of large scale with a lot of variables and constraints, which leads to difficulties to solve.After the tests, an optimization method of order 1 is chosen in combination with analytical models formally derived automatically. Our methodology is applied to the design of individual houses, especially positive energy houses. The results of this global approach provide important information to designers to help make choices from the preliminary phase of the design process.

Cette thèse explore des pistes d'amélioration du système de trafic aérien dans l'espace océanique de l'Atlantique Nord (NAT). D'abord, on considère le système actuel, où les avions suivent les rails prédefinis. On favorise les re-routages entre rails, diminuant la congestion dans l'espace continental. On applique des méthodes stochastiques d'optimisation pour trouver une configuration de vols sans conflits avec la séparation reduite entre aéronefs. Ensuite, on simule la planification des trajectoires avec le Wind Networking (WN). La source prinicipale des erreurs dans la prédiction de trajectoires étant l'incertitude dans la prévision du vent, le WN permet aux avions d'échanger leurs vents mesurés afin d'ajuster leurs prédictions. Enfin, on introduit le concept de free-flight dans NAT. Etant donné des trajectoires vent-optimales, on applique une méthode stochastique d'optimisation pour réduire le nombre de conflits au niveau stratégique, tout en conservant les trajectoires proches de leur optimum. Nos résultats numériques mettent en évidence plusieurs pistes pour améliorer le système de trafic aérien dans NAT, en considérant de nouvelles technologies et de nouveaux concepts. / This thesis investigates the ways to improve the air traffic system in the highly congested North Atlantic oceanic airspace (NAT). First, we consider the current system, where aircraft follow predefined NAT tracks. We favor the re-routings between tracks, decreasing congestion in pre-oceanic airspace, and apply stochastic methods of optimization to find a conflict-free flight configuration with reduced separation between aircraft. Second, we simulate trajectory prediction by Wind Networking (WN). While the main source of time prediction errors is the uncertainty in wind forecast, WN permits aircraft to exchange measured winds and adjust their predictions using this recent and accurate information. Third, we study the impact of introducing the free flight concept in NAT. We apply a stochastic method of optimization on data provided by NASA consisting of NAT flights with wind optimal trajectories. The aim is to reduce the number of conflicts on the strategic level, while keeping the trajectories close to the optimal routes. Our computational experiments show that the air traffic situation in NAT can be improved in several different ways, considering new technologies and new trajectory planning concepts.