En contrôle non-destructif par ultrasons, la simulation présente un intérêt majeur en permettant à la fois d'optimiser les configurations de contrôle des pièces et de simplifier l'analyse des données acquises. Cette thèse traite de la modélisation de la propagation des ultrasons dans les matériaux composites tissés. Ces matériaux sont constitués de fibres de Carbone (micrométriques) regroupées en mèches (millimétriques) qui sont ensuite tissées pour former une couche de matériau : leur structure est donc hétérogène à deux échelles distinctes. L'étude à l'échelle du tissage nécessite la connaissance préalable des propriétés mécaniques des mèches. Nous proposons deux méthodes visant à effectuer l'homogénéisation dynamique du matériau à l'échelle microscopique. Une première consiste à identifier les rigidités complexes d'un milieu effectif représentatif de la mèche en comparant les nombres d'ondes des modes guidés s'y propageant à ceux calculés dans un milieu hétérogène de même géométrie ; nous avons développé un algorithme génétique permettant de faire correspondre les jeux de nombres d'onde, dont l'application permet d'identifier certaine des rigidités recherchées. La seconde consiste à étendre un modèle existant permettant d'homogénéiser la structure de la mèche en tenant compte de la diffraction multiple des ondes de volume par les fibres. Le modèle initial (modèle à trois phases) ne traitant que le cas de l'incidence normale aux fibres est étendu au cas plus complexe de l'incidence oblique : un calcul de la diffraction multiple en incidence oblique par un réseau dense de fibres et tenant compte de l'anisotropie des différents milieux est donc proposé. Comme pour la première méthode, on utilise un algorithme génétique pour effectuer l'identification des rigidités effectives. Les résultats obtenus nous amènent à remettre en cause certaines hypothèses de base faites pour effectuer cette homogénéisation dynamique ; particulièrement, la dépendance des résultats à l'angle d'incidence semble remettre en cause le choix de la loi de Hooke comme loi fondamentale pour effectuer une homogénéisation dynamique des composites à structures complexes.

Cette thèse présente le travail réalisé sur la source harmoniques du LOA à partir d'une chaine Titane-Saphir kHz. Cette étude s'inscrit dans la perspective d'observer des effets non linéaires dus à l'interaction d'un faisceau harmonique intense focalisé sur cible solide. Nous présentons l'étude de l'optimisation de cette source, qui permet de générer efficacement des harmoniques en limite d'absorption. Un cadre complet d'étude de ces conditions d'optimisation du point de vue théorique et expérimental est défini avec notamment une explication détaillée de l'importance de la diaphragmation du faisceau infrarouge. Nous montrons également comment la technique des algorithmes génétiques a été utilisé par le controle de la phase spectrale du laser de pompe. Nous concluons sur la focalisation des harmoniques.

Le transport de marchandises dans les zones urbaines est un sujet important de nos jours. Le transport est une activité vitale pour les villes, mais implique pollution, congestion, accidents. La logistique urbaine vise à optimiser les processus logistiques et de transports urbains en tenant compte des aspects environnementaux et sociaux. Cette thèse traite de cette thématique et fait partie du projet MODUM.MODUM vise à étudier un système de livraison basé sur des centres de distribution urbains. Nous présentons une classification et une analyse des mouvements de marchandises et des problèmes de tournées de véhicules (VRP) associés.La deuxième partie propose une revue complète des travaux de recherche traitant des problème VRP avec excursions multiples (MTVRP). Le MTVRP est une extension du VRP où les véhicules sont autorisés à effectuer plusieurs tournées. Nous proposons une heuristique pour le MTVRP qui est par la suite adaptée pour un problème plus riche, le MTVRP avec fenêtres de temps et dates de disponibilité. Il s'agit d'une variante du MTVRP où à chaque client est associée une fenêtre de temps et à chaque marchandise une date de disponibilité qui représente l'instant où elle devient disponible au dépôt.Par la suite, nous étudions une variante du MTVRP où les marchandises sont classées par types de produits qui ne peuvent pas être transportés dans le même véhicule. Une analyse est effectuée pour montrer l’avantage des tournées multiples pour le problème de dimensionnement des flottes.Enfin, nous décrivons le problème de tournées qui se pose dans MODUM et le simulateur qui est développé pour évaluation du système. / Transportation of merchandise in urban areas has become an important nowadays topic. In fact, transportation is a vital activity for each city, but entail pollution, congestion, accidents.City logistics aims at optimizing the whole urban logistics and transportation process, taking into account environmental and social aspects. This thesis, that is part of the MODUM project, finds its location in this area of research. In particular, MODUM aims at studying a delivery system based on City Distribution Centers.We first present a classification and an analysis of urban good movements and routing problems peculiar to metropolitan areas. A second survey proposes a complete collection of articles that has been done on the Multi Trip Vehicle Routing Problem (MTVRP). The MTVRP is an extension of the Vehicle Routing Problem (VRP) where vehicles are allowed to perform several trips.We propose an efficient heuristic for the MTVRP that is, in a subsequent step, adapted to a new routing problem, the MTVRP with Time Windows and Release Dates (MTVRPTWR). It is a variant of the MTVRP where each customer is associated with a time window and each merchandise is associated with a release date that represents the instant it becomes available at the depot.We, then, study a variant of the MTVRP where goods belong to different commodities that cannot be transported at the same time by the same vehicle. An analysis is conducted on the benefits of the multi-trip aspect in fleet dimensioning problems.Finally we describe the complex routing problem that arises in MODUM and the simulator that is developed to evaluate the performances of the system.

La logistique collaborative est récemment devenue un élément important pour beaucoup d'entreprises afin d'améliorer l'efficacité de leur chaîne logistique. Dans cette thèse, nous étudions les possibilités offertes par les problèmes de collectes et livraisons pour améliorer les performances des chaînes logistiques grâce au transport collaboratif. La thèse est inscrite dans un projet européen nommé SCALE (Step Change in Agri-food Logistics Ecosystem). Dans un premier temps, deux métaheuristiques sont proposées et étudiées pour résoudre le problème de collectes et livraisons avec transbordements. Celles-ci sont comparées aux travaux de la littérature et permettent d’améliorer les résultats sur certaines instances. Dans un deuxième temps, un modèle pour un problème de collectes et livraisons (PDVRP) est proposé. Celui-ci est utilisé pour étudier les bénéfices de la collaboration sur le transport. Il est appliqué sur des données générées aléatoirement et sur des données réelles issues du projet SCALE. Enfin troisièmement, un modèle pour un PDVRP particulier est présenté. Dans ce modèle, les marchandises doivent passer par exactement deux points de transbordement entre les points de collecte et les points de livraison. Ce problème est inspiré d'une seconde étude de cas réalisée dans le cadre du projet SCALE. Ceci permet de mettre en évidence l’intérêt de la collaboration et du transbordement dans le domaine du transport de marchandises. / Collaborative logistics have become recently an important element for many companies to improve their supply chains efficiency. In this thesis, we study pickup and delivery problems to improve supply chains efficiency thanks to collaborative transportation. The thesis was part of the European project SCALE (Step Change in Agri-food Logistics Ecosystem). Firstly, two metaheuristics are proposed and studied to solve the Pickup and Delivery Problem with Transshipments. These metaheuristics are compared with literature works and the results of several instances are improved. Secondly, a mathematical model for a pickup and delivery problem (PDVRP) is proposed. This model is used to study the benefits of collaboration on transportation. It is applied on random data and on a case study from SCALE with real data. Finally, a model for a particular PDVRP is presented. In this model, the shipments have to cross exactly two transshipments nodes between their pickup and delivery points. This problem is inspired by a second case study made during the project SCALE. This allows to highlight the importance of collaboration and transshipment in the field of goods transportations.

Le chargement/déchargement des conteneurs et leurs stockages provisoires dans le port est la plus importante et complexe tâche dans les terminaux portuaires. Elle est fortement liée au routage des grues de quai et son coût augmente considérablement surtout en absence d’une gestion efficace du terminal. Dans ce travail, nous étudions le problème de stockage des conteneurs (PSC). Il appartient à la catégorie des problèmes NP-difficiles et NP-complets. PSC consiste à déterminer un plan d’arrangement des conteneurs destinés à l’import et à l’export dans le port qui minimise les remaniements ultérieurs lors de leur transfert vers le bateau, camion ou train. En effet, le temps d'attente des camions des clients, le temps de transfert des grues de quai et le temps nécessaire au chargement/déchargement du navire sont avantageusement réduits. PSC est généralement étudié en considérant un seul type de conteneur. Cependant, plusieurs types de conteneurs sont utilisés dans les ports maritimes (dry, réfrigérés, toit ouvert,...). En outre, le problème de stockage de conteneurs peut être traité de façon statique ou dynamique (date d’arrivée et de départ des conteneurs incertains).L’objectif de cette thèse est de résoudre le PSC statique et le PSC dynamique pour un seul et plusieurs types de conteneurs en utilisant deux métaheuristiques : l’algorithme génétique, la recherche harmoniquePour vérifier la performance de chacune des approches proposées, une étude comparative des résultats générés par chaque méthode ainsi que celle de l’algorithme LIFO est établie / The loading and unloading of containers and their temporary storage in the container terminal are the most important and complex operation in seaport terminals. It is highly inter-related with the routing of yard crane and truck and their costs increased significantly especially without an efficient terminal management. To improve this process, an efficiency decision for the container storage space allocation must be taken.In this thesis, we studied the container storage problem (CSP). It falls into the category of NP hard and NP complete problems. CSP consists on finding the most suitable storage location for incoming containers that minimizes rehandling operations of containers during their transfer to the ship, truck or train. In fact, the wait time of customer trucks, the transfer time of yard crane and the Ship turnaround time are advantageously reduced.Generally, this problem is studied considering a single container type. However, this does not stand the problem under its real-life statement as there are multiple container types that should be considered, (refrigerated, open side, empty, dry, open top and tank). Often, containers arrive at the port dynamically over time and have an uncertain departure date (ship delayed, a ship down, delayed arrival of customer trucks…). Indeed, CSP must be studied in dynamic aspectThe objective of this thesis is to study Static CSP for a single and various container type and dynamic CSP for ONE and several container types and to propose solutions for each of them. Genetic algorithm and Harmony Search algorithm are used to solve these problems and we compare the results of each approach with the LIFO algorithm

Nous nous intéressons dans cette thèse au problème de l’automatisation du processus de choix et de paramétrage des visualisations en fouille visuelle de données. Pour résoudre ce problème, nous avons développé un assistant utilisateur "VizAssist" dont l’objectif principal est de guider les utilisateurs (experts ou novices) durant le processus d’exploration et d’analyse de leur ensemble de données. Nous illustrons, l’approche sur laquelle s’appuie VizAssit pour guider les utilisateurs dans le choix et le paramétrage des visualisations. VizAssist propose un processus en deux étapes. La première étape consiste à recueillir les objectifs annoncés par l’utilisateur ainsi que la description de son jeu de données à visualiser, pour lui proposer un sous ensemble de visualisations candidates pour le représenter. Dans cette phase, VizAssist suggère différents appariements entre la base de données à visualiser et les visualisations qu’il gère. La seconde étape permet d’affiner les différents paramétrages suggérés par le système. Dans cette phase, VizAssist utilise un algorithme génétique interactif qui a pour apport de permettre aux utilisateurs d’évaluer et d’ajuster visuellement ces paramétrages. Nous présentons enfin les résultats de l’évaluation utilisateur que nous avons réalisé ainsi que les apports de notre outil à accomplir quelques tâches de fouille de données. / In this thesis, we deal with the problem of automating the process of choosing an appropriate visualization and its parameters in the context of visual data mining. To solve this problem, we developed a user assistant "VizAssist" which mainly assist users (experts and novices) during the process of exploration and analysis of their dataset. We illustrate the approach used by VizAssit to help users in the visualization selection and parameterization process. VizAssist proposes a process based on two steps. In the first step, VizAssist collects the user’s objectives and the description of his dataset, and then proposes a subset of candidate visualizations to represent them. In this step, VizAssist suggests a different mapping between the database for representation and the set of visualizations it manages. The second step allows user to adjust the different mappings suggested by the system. In this step, VizAssist uses an interactive genetic algorithm to allow users to visually evaluate and adjust such mappings. We present finally the results that we have obtained during the user evaluation that we performed and the contributions of our tool to accomplish some tasks of data mining.

La validation des algorithmes de tractographie et l’optimisation des paramètres choisis en référence à une vérité terrain, sont primordiales avant l’utilisation de ces méthodes en routine clinique. D’une part, nous présentons une méthode de comparaison quantitative de reconstructions issues de la tractographie à celles reconstruites depuis la dissection par un scanner laser. Cette comparaison permet d’évaluer les reconstructions de différents modèles et algorithmes de tractographie (déterministe, probabiliste) en les confrontant à une vérité terrain acquise par le scanner laser (surfaces triangulées). La transformation des données sous des formats communs était nécessaire avant leur comparaison quantitative. Deux méthodes de comparaison, surface-surface et volume-volume ont été proposées. D’autre part, nous présentons une méthode d’optimisation par algorithme génétique (AG), des paramètres de tractographie déterministe. L’AG est un algorithme itératif d’optimisation basé sur la sélection naturelle, il est capable d’optimiser des problèmes complexes ayant plusieurs paramètres. Etant donné la vérité terrain d’un faisceau, l’AG se propose de trouver le jeu de paramètres optimal donnant le meilleur résultat de tractographie. Les méthodes de comparaisons et d’optimisation ont été appliquées à un faisceau d’objet test puis à deux faisceaux disséqués à partir d’un cerveau humain post mortem après acquisitions IRM et scanner laser. / Tractography validation and optimization of tracking parameters against a ground truth are mandatory before a large clinical use. First, we present a method to quantitatively compare tractography reconstructions to a ground truth derived from laser scanner acquisitions of dissected specimens. This comparison allows evaluation of multiple models and tractography approaches (deterministic, probabilistic…). The ground truth used for this comparison was acquired from dissected specimens using a surface laser scanner, which produces triangulated surface meshes. Data transformation to a common format was necessary before quantitative comparisons. Two comparison methods were proposed, surface-to-surface and volume-to-volume. Second, we propose a method for automatic optimization of deterministic tractography parameters using a genetic algorithm (GA). The GA is an iterative optimization algorithm based on natural selection, which is able to optimize complex problems having several parameters. For a given ground truth fasciculus, the GA was expected to find the set of tractography parameters producing the best tractography result according to the ground truth. The comparison and optimization methods were applied to a synthetic bundle derived from a phantom and to two dissected white matter tracts of a human post mortem brain.

Cette thèse a pour but de développer le pendant in silico des étapes clés du Fragment-Based Drug Design (FBDD), et ce dans le cadre plus général du développement de l'outil S4MPLE. Le FBDD génère des ligands drug-like à partir de petites molécules (fragments). Après une étape de validation de S4MPLE et de sa fonction d’énergie, un recentrage autour du FBDD est réalisé, à travers le docking puis l'optimisation virtuelle de fragments par growing ou linking (G/L). Cette stratégie reposesur 1) la création d’une chimiothèque focalisée en connectant un ou deux fragment(s) avec des linkers pré-générés, et 2) l’échantillonnage avec S4MPLE des composés chimères dans le site avec des contraintes. Des simulations de G/L plus ou moins ambitieuses (site flexible, ajout de H2O libres) permettent de valider cette approche avec des études rétrospectives basées sur des données expérimentales. La dernière phase de la thèse a consisté à appliquer ce protocole in silico à un projet de l’entreprise. / This work aims to develop in silico methods targeting the key stages of Fragment-Based Drug Design (FBDD), participating to the development of the molecular modeling tool S4MPLE. Briefly, FBDD generates ıdrug-likeı ligands from small organic molecules called fragments. After a validation step of S4MPLE and its energy function, the work focused on FBDD: molecular docking of fragments and their subsequent virtual optimization. The latter mimics standard evolution strategies in FBDD(growing and linking). This in silico approach involves among other two key stages 1) building of a focused library by plugging in pre-generated linkers into reference fragments using rules and 2) sampling of these new compounds under atomic and binding site constraints. Validation simulations, relying on known experimental data, included ıclassicalı growing / linking and more challenging ones (site flexibility, free waters). Finally, this strategy is applied to one project of the company.

Avec la croissance continue du trafic aérien et la limitation des ressources, il est nécessaire de réduire la congestion de l'espace aérien. Ces dernières années, un intérêt particulier a été porté au problème de la sectorisation de l'espace aérien.Pour pallier à cette augmentation continue du trafic en Europe, il est nécessaire d'optimiser la gestion du trafic aérien. Une automatisation de la sectorisation de l'espace aérien peut permettre, dans cette optique, d'accroître l'adaptabilité des configurations du secteur aérien à une nouvelle demande de trafic. L'objectif de la première partie de cette thèse est de proposer une méthode globale de sectorisation de l'espace aérien européen en se basant sur une modélisation mathématique et des méthodes d'optimisation heuristiques. La méthode de sectorisation proposée est basée sur la division initiale de l'espace aérien en cellules de Voronoi à l'aide de méthodes des k-moyennes. Pour des raisons de complexité combinatoire induite, un algorithme d'optimisation stochastique est utilisé pour résoudre le problème de sectorisation. Un algorithme génétique est utilisé pour construire les secteurs de l'espace aérien dans plusieurs zones de contrôle européennes, en se basant sur des données réelles de trafic aérien pendant plusieurs jours.De plus, les configurations du secteur de l'espace aérien doivent être adaptées dynamiquement pour offrir une efficacité et une flexibilité maximales en fonction des conditions météorologiques et de circulation. L'objectif de la deuxième partie de cette thèse est d'adapter automatiquement les configurations de l'espace aérien en fonction de l'évolution du trafic, au cours d'une journée de fonctionnement. Pour atteindre cet objectif, il faut considérer que l'espace aérien est divisé en blocs d'espaces aériens 3D qui doivent être groupés ou dégroupés en fonction de l'état du trafic. La méthode proposée est basée sur une technique de partitionnement de graphe et sur des algorithmes génétiques. La méthode est testée sur plusieurs zones de contrôle européennes. / With the continuous air traffic growth and limits of resources, there is a need for reducing the congestion of the airspace systems. Nowadays, several projects are launched, aimed at modernizing the global air transportation system and air traffic management. In recent years, special interest has been paid to the solution of the airspace sectorization problem. This thesis is devoted to studying the airspace sectorization in Europe and the possibilities to improve it.The airspace sectorization needs to be optimized with the support of automation in order to increase an adaptability of airspace sector configurations to the new traffic demands. The aim of the first part of this thesis is to propose a global method for the sector design of the European airspace based on a mathematical modeling and heuristic optimization methods. The proposed resolution method to solve the sector design problem is based on the initial division of the airspace into Voronoi cells using k-means clustering algorithm. Then, due to the induced combinatorial complexity, a stochastic optimization method is applied to solve the sector design problem. Resolution method based on metaheuristic algorithm called Genetic Algorithm (GA) has been developed to build airspace sectors in several control areas of Europe, involving traffic data for several days. Furthermore, airspace sector configurations need to be dynamically adjusted to provide maximum efficiency and flexibility in response to changing weather/traffic conditions. The objective of the second part of this thesis is to automatically adapt the airspace configurations according to the evolution of traffic. In order to reach this objective, the airspace is considered to be divided into predefined 3D airspace blocks which have to be grouped or ungrouped depending on the traffic situation. The resolution method based on the graph partitioning technique and on the metaheuristic algorithm (GA) has been developed to generate a sequence of sector configurations, composed of the predefined airspace blocks. The overall methodology, is implemented and tested with air traffic data taken for one day of operation and for several different airspace control areas of Europe.

Dans les systèmes de communication et de détection sans fil, l'antenne est un élément indispensable pour transformer l'énergie électrique en ondes électromagnétiques rayonnée dans l'espace, et vice versa. Les antennes sont utilisées dans de nombreux dispositifs militaires et civils, tels que les radars (SAR, secteur automobile, détection de débris, etc.), les instruments biomédicaux, les systèmes de télécommunication (téléphones mobiles, stations de base) pour les communications point à multi-point ou point à point par exemple. Les antennes jouent aussi un rôle essentiel pour le développement de futurs réseaux connectés reliant plusieurs appareils à des utilisateurs en temps réel, par exemple pour l'Internet des objets (IoT). Les réseaux transmetteurs sont une solution attrayante pour de nombreuses applications telles que les communications par satellite (Satcom) ou les futurs réseaux 5G. L'architecture des antennes à réseau transmetteur les rend extrêmement compétitifs comparés aux réseaux phasés par exemple grâce à leur alimentation par onde d’espace et car ils ne souffrent pas du blocage induit par la source primaire, comme c’est le cas pour les réseaux réflecteurs ou les antennes à réflecteur. Grâce à leur fonctionnement en mode transmission, les réseaux transmetteurs peuvent être également facilement montés sur des plates-formes mobiles.Les applications Satcom en bande Ka constituent le secteur applicatif majeur de cette thèse. Cette bande fournit un débit de données élevé à la fois pour les liaisons descendantes et les liaisons montantes, en remplacement des systèmes actuels en bande Ku. Dans ce contexte, il convient aussi de prêter une attention particulière aux communications avec des plates-formes mobiles, par exemple les trains à grande vitesse, les avions, etc., ce qui nécessite de mettre au point des antennes à balayage de faisceau. De nombreuses propriétés avancées sont exploitées depuis ces dernières années pour accroître les débits et la flexibilité des systèmes de communication sans fil, par exemple la polarisation circulaire, la double polarisation, le fonctionnement multi-fréquence ou large bande, le dépointage électronique de faisceau. Pour réduire les coûts, des preuves de concept de réseaux transmetteurs non diélectriques sont également proposées. Cette thèse s’est déroulée dans le cadre du projet ANR TRANSMIL (Reconfigurable TRANSmitarrays for beam steering and beam forming at MILlimetre wave). Les objectifs de cette thèse sont de proposer de nouvelles architectures de réseaux transmetteurs fonctionnant en bande Ka en liaison descendante (de 17,7 GHz à 21,2 GHz) et en liaison montante (de 27,5 GHz à 31 GHz). Différents prototypes ont été conçus et fabriqués afin de valider les concepts proposés en bande X et en bande Ka. Un bon accord entre les résultats numériques et mesurés a été obtenu systématiquement. En particulier, les réseaux transmetteurs à double polarisation que nous avons conçus en bande X présentent un gain de 25 dBi et une bande passante à 3 dB de 20% à 10 GHz. Ces propriétés sont indépendantes de la polarisation du champ rayonné, ce qui signifie que des faisceaux de polarisation linéaire orthogonale peuvent être rayonnés indépendamment dans des directions différentes. Un réseau transmetteur bi-bande fonctionnant en bande Ka a également été mis au point. Sa bande passante à 3 dB est de 10% autour des fréquences centrales (19,5 GHz et 29 GHz) et son efficacité de rayonnement atteint 60%. D’autres concepts ont également été étudiés (réseaux transmetteurs sans diélectrique, réseau transmetteur reconfigurable). / Transmitarray is an attractive solution for front-end devices in the next generation of communications (5G). The spatial-fed architecture of transmitarray antennas can compete with phase-arrays due to the absence of feeding network and with reflectarrays since they do not suffer from feed blockage. Thanks to their operation in transmission mode, transmitarrays can be easily mounted on platforms for outdoor environment applications. With mature printed-circuit board technology, there are unstoppable experiments in various frequency bands from cm-wave to mm-wave and up to terahertz in upcoming years for potential applications. Many advanced properties are exploited in transmitarrays in recent years to meet high demands of communications facilities, for example, circular-polarization, dual-/multi-polarization or frequencies through many techniques. Some experiments are consid-ered to validate eligibility of this antenna type in commercial services or military missions, namely electronically steering beam, broad bandwidth, etc. In terms of cost reduction and rigidity, non-dielectric prototypes are also proposed. The Ka-band Satcom applications are the main objective of this thesis through trans-mitarray solution. This band provides high data rate for both down-link and up-link in replacement of the current Ku-band systems with miniaturized module in next dec-ades. Hence, it is worth to pay attention to communications for moving platforms, for example, high-speed trains, planes, etc.