Cette thèse est consacrée à l'étude de la dynamique des systèmes complexes. Nous construisons des réseaux couplés à partir de multiples instances de systèmes dynamiques déterministes, donnés par des équations différentielles ordinaires ou des équations aux dérivées partielles de type parabolique, qui décrivent un problème d'évolution. Nous étudions le lien entre la dynamique interne à chaque nœud du réseau, les éléments de la topologie du graphe portant ce réseau, et sa dynamique globale. Nous recherchons les conditions de couplage qui favorisent une dynamique globale particulière à l'échelle du réseau, et étudions l'impact des interactions sur les bifurcations identifiées sur chaque nœud. Nous considérons en particulier des réseaux couplés de systèmes de réaction-diffusion, dont nous étudions le comportement asymptotique, en recherchant des régions positivement invariantes, et en démontrant l'existence d'attracteurs exponentiels de dimension fractale finie, à partir d'estimations d'énergie qui révèlent la nature dissipative de ces réseaux de systèmes de réaction-diffusion. Ces questions sont étudiées dans le cadre de quelques applications. En particulier, nous considérons un modèle mathématique pour l'étude géographique des réactions comportementales d'individus, au sein d'une population en situation de catastrophe. Nous présentons les éléments de modélisation associés, ainsi que son étude mathématique, avec une analyse de la stabilité des équilibres et de leurs bifurcations. Nous établissons l'importance capitale des chemins d'évacuation dans les réseaux complexes construits à partir de ce modèle, pour atteindre l'équilibre attendu de retour au comportement du quotidien pour l'ensemble de la population considérée, tout en évitant une propagation du comportement de panique. D'autre part, la recherche de solutions périodiques émergentes dans les réseaux d'oscillateurs nous amène à considérer des réseaux complexes de systèmes hamiltoniens pour lesquels nous construisons des perturbations polynomiales qui provoquent l'apparition de cycles limites, problématique liée au XVIème problème de Hilbert. / This thesis is devoted to the study of the dynamics of complex systems. We consider coupled networks built with multiple instances of deterministicdynamical systems, defined by ordinary differential equations or partial differential equations of parabolic type, which describe an evolution problem.We study the link between the internal dynamics of each node in the network, its topology, and its global dynamics. We analyze the coupling conditions which favor a particular dynamics at the network's scale, and study the impact of the interactions on the bifurcations identified on each node. In particular, we consider coupled networks of reaction-diffusion systems; we analyze their asymptotic behavior by searching positively invariant regions, and proving the existence of exponential attractors of finite fractal dimension, derived from energy estimates which suggest the dissipative nature of those networks of reaction-diffusion systems.Our framework includes the study of multiple applications. Among them, we consider a mathematical model for the geographical analysis of behavioral reactions of individuals facing a catastrophic event. We present the modeling choices that led to the study of this evolution problem, and its mathematical study, with a stability and bifurcation analysis of the equilibria. We highlight the decisive role of evacuation paths in coupled networks built from this model, in order to reach the expected equilibrium corresponding to a global return of all individuals to the daily behavior, avoiding a propagation of panic. Furthermore, the research of emergent periodic solutions in complex networks of oscillators brings us to consider coupled networks of hamiltonian systems, for which we construct polynomial perturbationswhich provoke the emergence of limit cycles, question which is related to the sixteenth Hilbert's problem.

Dans un contexte industriel qui évolue rapidement et constamment, les constructeurs automobiles sont amenés à développer des produits qui soient en adéquation avec des demandes d'un marché international et qui respectent en même temps les contraintes réglementaires imposées. Les systèmes de chaine de transmission hybrides rentrent donc dans cette volonté des constructeurs à vouloir proposer des produits véhicules performants, à faible coût et respectant les contraintes d'émission de gaz polluants. A travers le travail effectué dans cette thèse, nous proposons une démarche de conception permettant de modéliser un système technique complexe à différents niveaux systémiques au cours du cycle de conception, de l'optimiser localement à partir des expertises métiers, de modéliser les connaissances collaboratives qui sont échangées entre les modèles métiers et d'optimiser l'espace de conception afin de converger vers une solution de conception optimale dans un contexte d'innovation ou nous partons de la feuille blanche.L'objectif de ce travail est de proposer une nouvelle façon d'aborder les problèmes de conception des systèmes complexes, qui s'adapte au contexte de conception innovante tout comme la conception routinière. Ceci afin de permettre aux entreprises telles que PSA Peugeot Citroën de pouvoir proposer des produits avec des technologies à forte rupture tout en réduisant leurs coûts et garantir leurs images de marque. Ce travail a été illustré et validé à travers les résultats obtenus dans le cadre du projet de conception de chaine de transmission hybride MTI effectué au département d'innovation de PSA Peugeot Citroën. / In an industrial context that is continuously evolving and changing, automotive constructors find themselves obliged to develop their products by taking into account the requirements of an international market and the imposed regulations in this field. Hybrid powertrain systems fits into this constructor will to propose to customers efficient products that respects the regulation regarding gas emissions and presents a profitable low cost. Through the work done in this PhD, we propose a design approach that allow the modeling of a complex technical system in its different systemic levels during the design process, the local optimization done from professional expertise, the modeling of collaborative data exchanged between expert models and the optimization of the design space in order to converge towards an optimal design solution in innovative context.The aim of our work is to propose a new way of dealing with design problems related to complex systems that can be adapted to an innovative design context. This will allow companies such as PSA Peugeot Citroen to be able to diversify their products and integrated even the latest technology in it. This work has been illustrated and validated through the results obtained on the MTI project for the design of hybrid powertrain.

L’étude du fonctionnement et de la fabrique de Vendôme du 11e au début du 19e s. propose une lecture différente des villes intermédiaires en montrant toutes la complexité du phénomène urbain dans un type de ville très souvent réduit à son origine castrale. La ville résulte en fait d’une multitude de temporalités et de spatialités où le temps des acteurs et de leurs projets n’est pas celui des structures. Tout d’abord, une approche théorique présente les concepts et la modélisation de l'espace urbain utilisés dans ce travail (1ère partie). Puis, l’étude de Vendôme dans la longue durée met en évidence quatre grandes phases dans le fonctionnement urbain, durant lesquelles les fins poursuivies par les acteurs et leurs répercutions spatiales sont étudiées (2ème partie). Enfin, sont analysées les structures de la ville, tant morphologiques que fonctionnelles, grâce à une modélisation de l’espace urbain prenant en compte la multiplicité des objets de la réalité urbaine (parcelle, réseau de voies, domaine construit…) évoluant chacun dans leur temporalité propre mais interagissant entre eux (3ème partie) / The study of the functioning and of the urban fabric of Vendôme between the 11th and the beginning of the 19th century offers a different interpretation of small towns showing the great complexity of the urban phenomenon in a type of town often regarded as the simple result of the construction of a castle. As a matter of fact, a town is the result of a large number of time and space units in which the time of the people involved in various projects is not the same as the time of structures. To start with, the concepts and the modeling rules of urban fabric used in this research are defined (part 1). Then, the study of Vendôme in the longue durée allows to distinct four main phases in the urban functioning for which the projects fulfilled by various actors are analyzed as well as their impact on urban space (part 2). Finally, urban structures are considered both from a morphological and functional point of view through a model based on the diversity of urban objects such as plots, street system, buildings etc. which have their own timing but interact with each other (part 3)

Comment le droit international peut-il règlementer des phénomènes complexes ? Cette question se pose avec une acuité particulière en ce qui concerne la déforestation tropicale. En effet, les difficultés techniques et les intérêts divergents des États, découlant de l’interaction des multiples services assurés par les forêts, ont empêché l’adoption d’une convention internationale en ce domaine. Néanmoins, les négociations menées au sein du régime international du climat ont créé un mécanisme dit de « réduction des émissions résultant du déboisement et de la dégradation des forêts et le rôle de la conservation et de la gestion durable des forêts et du renforcement des stocks de carbone forestiers dans les pays en développement » (REDD+). Défini par un ensemble de décisions de la Conférence des parties à la convention-cadre des Nations-Unies sur les changements climatiques, il a déjà permis d’initier, sur le territoire des pays en développement, une amélioration substantielle du contrôle des ressources forestières et des réformes règlementaires et institutionnelles de grande ampleur. Notre étude se propose d’évaluer les spécificités du système normatif mis en place sur la REDD+. Elle a pour objet, en dépassant l’apparente faiblesse formelle des instruments juridiques sur lesquels il repose, de mettre en évidence sa portée normative. Elle révèle l’aptitude du droit international à règlementer des phénomènes complexes en donnant naissance à des systèmes juridiques adaptatifs. Elle démontre que la spécificité de tels systèmes normatifs réside dans la satisfaction de deux exigences opposées : la flexibilité et la sécurité juridique / How International law can regulate complex phenomenon? This question appears particularly relevant if we consider tropical deforestation. Technical issues and the opposite interests of States, stemming from interlinked services provided by forest, had prevented International community to adopt a convention on forests. Nevertheless, climate regime has recently created a so-called mechanism on « reducing emissions from deforestation and forest degradation in developing countries and the role of conservation and sustainable management of forests and enhancement of forest carbon stocks in developing countries » (REDD+). The normative framework laid down in decisions of the Conference of the parties has stimulated control improvement on forest resources and wide-ranging reform in developing countries. The study will evaluate the specificities of this normative system by going further its apparent normative weakness. It will expose how International law manage to regulate complex phenomenon by producing adaptive legal system. The study will demonstrate that the specific feature of this system lies in its ability to conciliate two opposite needs: flexibility and legal security

Deux systèmes biologiques distincts, les muscles squelettiques et les sites d'adhésion de cellules kératocytes en mouvement, sont considérés dans un même cadre en raison de la similitude profonde de leur structure et de leur fonctionnalité. La réponse passive de l'un et de l'autre peut être modélisée à l'aide d'un grand nombre d'unités multi-stables couplées par des interactions à longue portée, et exposées à un désordre spatial fixé et un bruit thermique/mécanique. Les interactions à longue portée dans de tels systèmes conduisent à une synchronisation malgré les fluctuations temporelles et spatiales. Bien que les deux systèmes biologiques considérés présentent des différences structurelles importantes, nous montrons que l'on peut identifier une structure de verre de spin sous-jacente commune. À la lumière de cette analogie, ces systèmes vivants semblent être proches de points critiques et, à cet égard, le désordre gelé, reflétant l’incommensurabilité stérique des unités parallèles, peut être fonctionnel. Un autre paramètre important fixant la réponse est la rigidité interne du système qui couple les unités entre elles. / Two biological systems, a half-sarcomere of a skeletal muscle and an adhesive cluster of a crawling keratocyte, are considered in parallel because of the deep similarity in their structure and functionality. Their passive response can be modeled by a large number of multi-stable units coupled through long-range interactions, frustrated by quenched disorder and exposed to thermal noise. In such systems, long-range interactions lead to synchronization, defying temporal and spatial fluctuations. We use a mean-field description to obtain analytic results and elucidate the remarkable ensemble-dependence of the mechanical behavior of such systems in the thermodynamic limit. Despite important structural differences between muscle cross-bridges and adhesive binders, one can identify a common underlying spin glass structure, which we fully exploit in this work. Our study suggests that the muscle machinery is fine-tuned to operate near criticality, and we argue that in this respect the quenched disorder, reflecting here steric incommensuration, may be functional. We use the analogy between cell detachment and thermal fracture of disordered solids to study the statistics of fluctuations during cellular adhesion. We relate the obtained results to recent observations of intermittent behavior involved in cell debonding, also suggesting near-criticality. In addition to the study of the equilibrium properties of adhesive clusters, we also present the first results on their kinetic behavior in the presence of time-dependent loading.

Thema der Arbeit ist die Konzeption, Entwicklung und Einführung in die Anwendung eines Entwurfssystems, das die Leistungsfähigkeit der derzeit während des Entwurfsprozesses angewandten Programme durch neue Funktionen erweitert. Die implementierte integrative Schnittstellenlösung fasst die bisher genutzten Applikationen zu einem Gesamtsystem zusammen. Der bidirektionale Datenaustausch zwischen allen integrierten Modulen verhindert zur Zeit noch notwendige Mehrfacheingaben identischer Daten. Die für die Modellierung eingesetzten CAD-Systeme bieten für die rechnerinterne Abbildung der Geometrie von Bauteilen eine hohe Funktionalität. Ungenügend ist aber die Erstellung der Funktionsstruktur mit rechentechnischen Hilfsmitteln gelöst. Dieses führt zum Entwurf neuer Produkte nahezu ohne den Einsatz der Informationstechnik und zur anschließenden Anfertigung der CAD-Modelle und Zeichnungen, wenn die Bauteile bereits in ihrer Grundstruktur bestimmt sind. Auch die Vorteile der parametrischen 3D-Modellierung, die für die Beschreibung der bauteilinternen Abhängigkeiten anwendbar ist, werden nur begrenzt genutzt. Gründe dafür liegen in der komplizierten Definition eineindeutig bestimmter Modelle und im ungenügend gelösten Datenaustausch mit externen Applikationen. Während die Ergebnisse einer Konstruktion als rechnerinterne Geometriemodelle detailliert vorliegen, werden die Daten der zugrunde liegenden Funktionsstruktur nicht oder nur zum geringen Teil erfasst. Wichtige Informationen über den Entstehungsprozess sind somit nach Abschluss einer Konstruktion nicht mehr verfügbar. Aufgrund dessen muss die gleichwertige Modellierung von Funktions- und Wirkstruktur sowie der Geometrie realisiert werden. Mit dem beschriebenen Entwurfssystem werden diese Strukturen erstellt und in einem komplexen Modell gespeichert. Im Rahmen folgender Konstruktionen kann dann nicht nur auf die Geometriedaten, sondern auch auf die Beziehungen, auf denen die Bauteilstruktur basiert, zugegriffen werden.

The work is oriented on design and realization of the complex intelligent house control system with central visualization panel. System contains industrial buses connection.

Cette thèse propose une réflexion autour de l'étude des marchés financiers sous le prisme des systèmes complexes.Tout d'abord une description mathématique est proposée pour représenter le processus de prises de décision des agents dès lors où celui-ci bien que représentant les intérêts individuels d'un agent, est également influencé par l'émergence d'un comportement collectif. La méthode est particulièrement applicable lorsque le système étudié est caractérisé par une dynamique non-linéaire. Une application du modèle est proposée au travers de l'implémentation d'un marché artificiel boursier avec une approche système multi-agents. Dans cette application la dynamique du marché est décrite à la fois aux niveaux microscopiques (comportement des agents) et macroscopique (formation du prix). Le processus de décision des agents est défini à partir d'un ensemble de règles comportementales reposant sur des principes de logique floue. La dynamique de la formation du prix repose sur une description déterministe à partir des règles d'appariement d'un carnet d'ordres central tel que sur NYSE-Euronext-Paris. Il est montré que le marché artificiel boursier tel qu'implémenté est capable de répliquer plusieurs faits stylisés des marchés financiers : queue de distribution des rendements plus épaisse que celle d'une loi normale et existence de grappes de volatilité (ou volatility clustering).Par la suite, à partir de simulations numériques il est proposé d'étudier trois grandes propriétés du système : sa capacité d'auto-organisation, de résilience et sa robustesse. Dans un premier temps une méthode est introduite pour qualifier le niveau d'auto-organisation du marché. Nous verrons que la capacité d'auto-organisation du système est maximisée quand les comportements des agents sont diversifiés. Ensuite, il est proposé d'étudier la réponse du système quand celui-ci est stressé via la simulation de chocs de marché. Dans les deux analyses, afin de mettre en évidence comment la dynamique globale du système émerge à partir des interactions et des comportements des agents des résultats numériques sont systématiquement apportés puis discutés.Nos résultats montrent notamment qu'un comportement collectif grégaire apparait à la suite d'un choc, et, entraîne une incapacité temporaire du système à s'auto-organiser. Finalement, au travers des simulations numériques il peut être également remarqué que le marché artificiel boursier implémenté est plus sensible à de faibles répétitions répétées qu'à un choc plus important mais unique. / This thesis suggests reflection in studying financial markets through complex systems prism.First, an original mathematic description for describing agents' decision-making process in case of problems affecting by both individual and collective behavior is introduced. The proposed method is particularly applicable when studied system is characterized by non-linear, path dependent and self-organizing interactions. An application to financial markets is proposed by designing a multi¬agent system based on the proposed formalization.In this application, we propose to implement a computational agent-based financial market in which the system is described in both a microscopie and macroscopic levels are proposed. The agents' decision-making process is based on fuzzy logic rules and the price dynamic is purely deten-ninistic according to the basis matching rules of a central order book as in NYSE-Euronext-Paris. We show that, while putting most parameters under evolutionary control, the computational agent- based system is able to replicate several stylized facts of financial time series (distributions of stocks returns showing a heavy tau l with positive excess kurtosis and volatility clustering phenomenon).Thereafter, with numerical simulations we propose to study three system's properties: self-organization, resilience and robustness. First a method is introduced to quantify the degree of selforganization which ernerges in the system and shows that the capacity of self-organization is maximized when the agents' behaviors are heterogeneous. Secondly, we propose to study the system's response when market shock is simulated. in both cases, numerical results are presentedI and analyzed, showing how the global market behavior emerges from specific individual behavior interactions.Our results notably show that the emergence of collective herding behavior when market shock occurs leads to a temporary disruption on the system self-organization. Finaily, numerical simulations highlight that our artificial financial market can be able to absorb strong mono-shock but be lead to the rupture by low but repeated perturbations.

La complexité des systèmes conçus actuellement devient de plus en plus importante. En effet,afin de rester compétitives, les entreprises concevant des systèmes cherchent à leur rajouter de plus en plusde fonctionnalités. Cette compétitivité introduit aussi une demande de réactivité lors de la conception desystèmes, pour que le système puisse évoluer lors de sa conception et suivre les demandes du marché.Un des éléments identifiés comme empêchant ou diminuant cette capacité à concevoir de manière flexibledes systèmes complexes concerne les spécifications des systèmes, et en particulier l’utilisation de la languenaturelle pour spécifier les systèmes. Tout d’abord, la langue naturelle est intrinsèquement ambiguë et celarisque donc de créer des non-conformités si client et fournisseur d’un système ne sont pas d’accord sur lesens de sa spécification. De plus, la langue naturelle est difficile à traiter automatiquement, par exemple, onpeut difficilement déterminer avec un programme informatique que deux exigences en langue naturelle secontredisent. Cependant, la langue naturelle reste indispensable dans les spécifications que nous étudions,car elle reste un moyen de communication pratique et très répandu.Nous cherchons à compléter ces exigences en langue naturelle avec des éléments permettant à la fois de lesrendre moins ambiguës et de faciliter les traitements automatiques. Ces éléments peuvent faire partie demodèles (d’architecture par exemple) et permettent de définir le lexique et la syntaxe utilisés dans lesexigences. Nous avons testé les principes proposés sur des spécifications industrielles réelles et développéun prototype logiciel permettant de réaliser des tests sur une spécification dotée de ces éléments de syntaxeet de lexique. / Systems are becoming more and more complex, because to stay competitive, companies whichdesign systems search to add more and more functionalities to them. Additionally, this competition impliesthat the design of systems needs to be reactive, so that the system is able to evolve during its conception andfollow the needs of the market.This capacity to design flexibly complex systems is hindered or even prevented by various variouselements, with one of them being the system specifications. In particular, the use of natural language tospecify systems have several drawbacks. First, natural language is inherently ambiguous and this can leadsto non-conformity if customer and supplier of a system disagree on the meaning of its specification.Additionally, natural language is hard to process automatically : for example, it is hard to determine, usingonly a computer program, that two natural language requirements contradict each other. However, naturallanguage is currently unavoidable in the specifications we studied, because it remains very practical, and itis the most common way to communicate.We aim to complete these natural language requirements with elements which allow to make them lessambiguous and facilitate automatic processing. These elements can be parts of models (architectural modelsfor example) and allow to define the vocabulary and the syntax of the requirements. We experimented theproposed principles on real industrial specifications and we developped a software prototype allowing totest a specification enhanced with these vocabulary and syntax elements.

Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) / This thesis proposes an artificial neural network (NN) model to predict fuel consumption in heavy vehicles. The model uses predictors derived from vehicle speed, mass, and road grade. These variables are readily available from telematics devices that are becoming an integral part of connected vehicles. The model predictors are aggregated over a fixed distance traveled (i.e., window) instead of fixed time interval. It was found that 1km windows is most appropriate for the vocations studied in this thesis. Two vocations were studied, refuse and delivery trucks. The proposed NN model was compared to two traditional models. The first is a parametric model similar to one found in the literature. The second is a linear regression model that uses the same features developed for the NN model. The confidence level of the models using these three methods were calculated in order to evaluate the models variances. It was found that the NN models produce lower point-wise error. However, the stability of the models are not as high as regression models. In order to improve the variance of the NN models, an ensemble based on the average of 5-fold models was created. Finally, the confidence level of each model is analyzed in order to understand how much error is expected from each model. The mean training error was used to correct the ensemble predictions for five K-Fold models. The ensemble K-fold model predictions are more reliable than the single NN and has lower confidence interval than both the parametric and regression models.