Au cours des dernières années, l’utilisation des téléphones portables et tablettes s’est vue croitre de façon significative. De plus, la disponibilité et l’ubiquité de l’accès sans fil a permis de créer un environnement dans lequel les utilisateurs partout où ils sont accèdent en tout temps à des services se trouvant dans le cloud. Cet environnement appelé cloud sans fil consomme une quantité d’énergie significative et est responsable d’émissions considérables en carbone. Cette consommation massive d’énergie et émissions en carbone deviennent un problème majeur dans le secteur des technologies de la communication. Dans ce contexte, nous nous intéressons dans cette thèse à la réduction de la consommation d’énergie et des empreintes en carbone des réseaux d’accès de type mesh et réseaux de campus ainsi que les data centers des infrastructures cloud. Dans la première partie, nous nous intéressons aux réseaux mesh de type TDMA. Nous proposons des solutions pour le problème de routage et ordonnancement des liens qui permettent de réduire la consommation d’énergie dans le réseau. Nous étendons par la suite cette approche pour les réseaux de campus dans un contexte compatible avec le paradigme SDN. Dans la deuxième partie, nous nous intéressons à la réduction de la consommation l’énergie et des empreintes en carbone des infrastructures cloud distribuées, avec des couts variables de l’électricité et d’émission en carbone. Nous proposons des approches d’optimisations dans deux cas de figures : le cas d’un fournisseur cloud souhaitant réduire ses couts et dans le cas où les utilisateurs cloud spécifient des contraintes en carbone sous forme de Green SLA. / Over the last decade, there has been an increasing use of personal wireless devices, such as laptops, smartphones and tablets. The widespread availability of wireless access created an environment in which anywhere at anytime users access data and services hosted in cloud infrastructures. However, such wireless cloud network consumes a non-negligible amount of energy and generates a considerable amount of carbon, which is becoming a major concern in IT industry. In this context, we address the problem of reducing energy consumption and carbon footprint, as well as building green infrastructures in the two different parts of the wireless cloud: (i) wireless access networks including wireless mesh and campus networks, and (ii) data centers in a cloud infrastructure. In the first part of the thesis, we present an energy-efficient framework for joint routing and link scheduling in multihop TDMA-based wireless networks. At a later stage, we extended this framework to cover campus networks using the emerging Software Defined Networking (SDN) paradigm. In the second part of this thesis, we address the problem of reducing energy consumption and carbon footprint of cloud infrastructures. Specifically, we propose optimization approaches for reducing the energy costs and carbon emissions of a cloud provider owning distributed infrastructures of data centers with variable electricity prices and carbon emissions in two different setups: the case of a cloud provider trying to reduce its carbon emissions and operational costs as well as the case where green constraints are specified by the cloud consumers in the form of Green SLAs.

L'amélioration de l'efficacité énergétique est devenue aujourd'hui une nécessité dans tous les domaines techniques. La réduction de la consommation, et donc du bilan carbone, est placée parmi les priorités mondiales tel que le paquet énergie-climat 2020 de l'Union Européenne.Les systèmes ferroviaires font partie des plus grands consommateurs d'énergie. Des solutions électriques sont développées pour réduire les pertes dans ces systèmes, optimiser la consommation et donc réduire la facture énergétique globale. Étant donné la diversité de ces systèmes, deux catégories principales sont considérées. La première regroupe les lignes urbaines caractérisées par une électrification en mode DC et un trafic relativement dense. Dans ce cas, l'énergie de freinage brûlée dans les rhéostats des trains constitue une perte considérable. La solution proposée consiste à récupérer cette énergie à l'aide d'un DC micro-grid installé dans une station passager. Elle permettra une interaction avec son environnement non-ferroviaire comme par exemple réutiliser cette énergie pour charger des bus électriques hybrides stationnant à proximité. Ce micro-grid contient un premier convertisseur DC/DC qui récupère l’excès d'énergie de freinage d'un train et l'injecte dans un DC busbar. Un deuxième convertisseur DC/DC va ensuite la stocker dans un système de stockage hybride pour que le bus électrique puisse se charger une fois branché au DC busbar. Le micro-grid est relié au réseau par un onduleur réversible AC/DC de faible puissance. L'ensemble est géré localement par un système gestion de puissance. Une évaluation énergétique montre que cette solution est intéressante lorsqu’un investissement, station de charge, est nécessaire pour charger les bus. En plus, dans le cas du DC micro-grid, aucun contrat avec le fournisseur d’électricité n’est nécessaire. La stabilité du système est aussi étudiée et une commande de stabilisation, le backstepping, est appliquée. Ce nouveau concept d’une future station intelligente permettra au système ferroviaire de communiquer avec son environnement qui est en pleine évolution.La deuxième catégorie est constituée par les lignes régionales et les lignes à grandes vitesses fonctionnant en mode AC. Contrairement au cas précédent, l’excès d’énergie de freinage est renvoyé à travers les sous-stations d’alimentation. Par conséquence, une deuxième solution propose la réduction de la consommation totale par l’optimisation du profile de vitesse de chaque train et la synchronisation de la grille horaire. Ceci est réalisé à l’aide d’un algorithme d’évolution différentielle. Chaque profile de vitesse est découpé en zones auxquelles sont attribuées des paramètres de conduite. L'optimisation de ces derniers permet de générer un nouveau profile de conduite optimal. Les résultats montrent la possibilité de faire des économies d’énergie tout en respectant la ponctualité des trains. / Increasing energy efficiency is nowadays a requirement in all technical fields. The reduction of global consumption, thus carbon footprint, has become the world's priority, as for example, the climate and energy package of the European Union.Railways' share of energy consumption is one of the highest. Electrical solutions are developed in order to reduce these systems' losses, optimize their consumption and reduce global energy bill. Given their diversity, two main categories are considered in this study. The first one consists of urban lines that are characterized by a DC electrification and a relatively dense traffic. In this case, braking energy burned in trains' rheostats represents the main share of losses. The proposed solution is to recuperate this energy using a DC micro-grid implemented in a passengers' station. It allows an interaction with the non-railway electrical environment, for example, re-using this energy in charging electric hybrid buses parked nearby. The excess of braking energy is recuperated using a DC/DC converter and injected into a DC busbar. A second DC/DC converter will store it in a hybrid storage system. It will then serve to charge the buses connected to the DC busbar. The micro-grid is also connected to the grid using a low power AC/DC converter. A power management system ensures optimizing power flow between different components. An energy evaluation showed that this solution is a good Investment especially because no contract is needed with the energy provider. The system's stability is studied and a stabilizing command, the backstepping, is applied. This new smart station allows railways to communicate, energetically, with its evolving environment.The second category is suburban and high speed lines that are AC electrified. Contrarily to the previous case, braking energy is reinjected to the upper grid through substations. Therefore, a second solution is to reduce global energy consumption by optimizing trains' speed profiles and timetable's synchronization. It is done using a differential evolution algorithm. Each speed profile is divided into zones to which are associated driving parameters. The optimization of the latter allowed generating new optimal speed profiles and a less-consuming timetable. Simulation results showed that it is possible to make important energy savings while respecting train's punctuality.

Un réseau de capteurs d'images sans fil (RCISF) est un réseau ad hoc formé d'un ensemble de noeuds autonomes dotés chacun d'une petite caméra, communiquant entre eux sans liaison filaire et sans l'utilisation d'une infrastructure établie, ni d'une gestion de réseau centralisée. Leur utilité semble majeure dans plusieurs domaines, notamment en médecine et en environnement. La conception d'une chaîne de compression et de transmission sans fil pour un RCISF pose de véritables défis. L'origine de ces derniers est liée principalement à la limitation des ressources des capteurs (batterie faible , capacité de traitement et mémoire limitées). L'objectif de cette thèse consiste à explorer des stratégies permettant d'améliorer l'efficacité énergétique des RCISF, notamment lors de la compression et de la transmission des images. Inéluctablement, l'application des normes usuelles telles que JPEG ou JPEG2000 est éner- givore, et limite ainsi la longévité des RCISF. Cela nécessite leur adaptation aux contraintes imposées par les RCISF. Pour cela, nous avons analysé en premier lieu, la faisabilité d'adapter JPEG au contexte où les ressources énergétiques sont très limitées. Les travaux menés sur cet aspect nous permettent de proposer trois solutions. La première solution est basée sur la propriété de compactage de l'énergie de la Transformée en Cosinus Discrète (TCD). Cette propriété permet d'éliminer la redondance dans une image sans trop altérer sa qualité, tout en gagnant en énergie. La réduction de l'énergie par l'utilisation des régions d'intérêts représente la deuxième solution explorée dans cette thèse. Finalement, nous avons proposé un schéma basé sur la compression et la transmission progressive, permettant ainsi d'avoir une idée générale sur l'image cible sans envoyer son contenu entier. En outre, pour une transmission non énergivore, nous avons opté pour la solution suivante. N'envoyer fiablement que les basses fréquences et les régions d'intérêt d'une image. Les hautes fréquences et les régions de moindre intérêt sont envoyées""infiablement"", car leur pertes n'altèrent que légèrement la qualité de l'image. Pour cela, des modèles de priorisation ont été comparés puis adaptés à nos besoins. En second lieu, nous avons étudié l'approche par ondelettes (wavelets ). Plus précisément, nous avons analysé plusieurs filtres d'ondelettes et déterminé les ondelettes les plus adéquates pour assurer une faible consommation en énergie, tout en gardant une bonne qualité de l'image reconstruite à la station de base. Pour estimer l'énergie consommée par un capteur durant chaque étape de la 'compression, un modèle mathématique est développé pour chaque transformée (TCD ou ondelette). Ces modèles, qui ne tiennent pas compte de la complexité de l'implémentation, sont basés sur le nombre d'opérations de base exécutées à chaque étape de la compression.

Cette thèse présente les résultats de travaux de recherches menés sur les décharges luminescentes pulsées de néon xénon destinées à être utilisées en remplacement des décharges gaz rares-mercure pour les applications d'enseignes lumineuses publicitaires ou architecturales. Les enseignes lumineuses sont formées par des tubes fluorescents à cathodes froides fonctionnant à haute tension. Ceci les distingue notamment des tubes fluorescents pour l'éclairage général qui fonctionnent avec le même type de mélange mais à basse tension avec des cathodes chaudes préchauffées. Ces recherches ont bénéficié d'un partenariat GREMI-ADEME-Région Centre- Aupem Sefli, et sont motivées par la volonté de proposer une technologie sans mercure, qui est un élément toxique pour l'environnement et qui nécessite la mise en place de filières de récupération et de valorisation lourdes. On s'est attaché à vérifier et préciser certains mécanismes fondamentaux de la décharge. Ces travaux ont aussi permis de dégager des conditions permettant d'optimiser les caractéristiques des enseignes néon-xénon en terme de flux lumineux, d'efficacité énergétique, et de durée de vie. A l'issue de cette thèse, la durée de vie et l'efficacité des tubes fluorescents à cathodes froides basés sur une décharge pulsée de néon xénon les placent entre les lampes à incandescence et les tubes fluorescents au mercure. Des pistes existent pour poursuivre l'amélioration de l'efficacité lumineuse.

A l'ère de Big Data, les applications de traitement intensif de données gèrent des volumes de données extrêmement grands. De plus, ils requièrent des temps de traitement très rapides. Une grande partie de ces applications sont déployées sur des clouds, afin de bénéficier des avantages de ces infrastructures. Dans ce contexte, la réplication est un moyen essentiel dans le cloud afin de surmonter les défis de Big Data. Cependant, la réplication introduit le problème important de la cohérence des données. La gestion de la cohérence est primordiale. Les modèles à cohérence forte induisent des coûts importants en terme de performance et ont des difficultés à passer à l'échelle à cause des besoins de synchronisation. A l'inverse, les modèles à cohérence faible (la cohérence à terme, par exemple) fournissent de meilleures performances ainsi qu'une meilleure disponibilité de données. Toutefois, ces derniers modèles peuvent tolérer, sous certaines conditions, trop d'incohérence temporaire. Dans le cadre du travail de cette thèse, nous abordons les problèmes liés aux compromis suscités par la gestion de la cohérence dans les systèmes de Big Data. Premièrement, nous proposons un modèle de cohérence auto-adaptative qui augmente et diminue de manière automatique le niveau de cohérence. Ceci permet de fournir de meilleures performances tout en satisfaisant les besoins des applications. En deuxième lieu, nous abordons les enjeux financiers liés à la gestion de cohérence dans le cloud. Par conséquent, nous proposons une gestion de la cohérence efficace en termes de coût. La troisième contribution consiste à étudier les effets de gestion de cohérence sur la consommation d'énergie des systèmes de stockage distribués. Cette étude nous mène à analyser les gains potentiels des reconfigurations adaptatives des systèmes de stockage en matière de réduction de la consommation. Afin de compléter notre travail au niveau système, nous abordons la gestion de cohérence au niveau de l'application. Nous introduisons une approche pour la modélisation du comportement de l'application lors de ses accès aux données. Le modèle proposé facilite la compréhension des besoins en cohérence. De plus, ce modèle est utilisé afin de gérer la cohérence de manière spécifique à l'application lors de l'exécution. Des évaluations approfondies sur les plates-formes Grid'5000 et Amazon EC2 démontrent l'efficacité des approches proposées.

Pour mieux maîtriser ses flux énergétiques et respecter les diverses restrictions mises en place dans ce secteur énergivore, le bâtiment devient un système de plus en plus complexe incluant divers technologies innovantes comme les systèmes de gestion énergétiques (SGEB), une isolation performante et intégrant les énergies renouvelables. Cette complexité exige un changement dans les techniques et paradigmes actuels de simulation du bâtiment pour la prise en compte de ses diverses évolutions. Une modélisation globale des différents composants de ce système et une simulation efficace de ses sous-systèmes hétérogènes doivent être dorénavant assurées.Ces objectifs ne pourront être atteints qu'à travers l'exploitation des approches méthodologiques d'interopérabilité. Plusieurs solutions d'interopérabilités ont été exploitées dans le secteur du bâtiment. L'état de l'art dans ce secteur, met l'accent sur le manque de standardisation des solutions appliquées. Une approche boîte blanche se basant sur le langage Modelica a remarquablement émergée. Pour monter ses intérêts ainsi que ses limites, cette solution est adoptée pour la modélisation du système de bâtiment "PREDIS", à haute performance énergétique. Une approche boîte noire complémentaire, s'appuyant sur le standard de composant logiciel dédié à la simulation, est également mise en ouvre pour palier aux difficultés rencontrées en utilisant la première approche de modélisation système. Cette approche s'articule autour du concept de bus à composants permettant une interopérabilité effective entre outils de modélisation et environnements de simulation. En plus de l'architecture logicielle autour de la plateforme d'interopérabilité, une simulation efficace du système hétérogène requière des techniques de simulations adaptées. Ces dernières peuvent exiger des adaptations des modèles utilisés qui sont prévues par la norme de composant.

Cette thèse a pour objectif d'évaluer l'efficacité des dispositifs publics qui visent à inciter les agents à rénover leur logement afin d'en réduire la consommation énergétique. Il s'agit de combiner les deux dimensions clés de l'évaluation ex-post de l'intervention : la dimension récapitulative qui revient à déterminer l'efficacité des mesures mises en œuvre et la dimension formative qui vise à comprendre les résultats obtenus et à identifier les voies d'amélioration. Cela nécessite dans un premier temps de réaliser une analyse détaillée des facteurs qui sont à l'origine du faible niveau d'investissements, qualifié de déficit d'efficacité énergétique (" energy efficiency gap "). Ce déficit est dû à la présence de défaillances de marchés, aux conséquences de la rationalité limitée des ménages, ainsi qu'aux difficultés de coordination entre agents en particulier dans le cadre de la copropriété. Dans un deuxième temps il convient d'analyser le déficit d'efficacité énergétique en comparant les prescriptions qui peuvent être issues des calculs utilisés en économie publique concernant les investissements à réaliser, avec les données issues des études de terrain sur les investissements effectifs. Cette analyse permet de bien identifier les critères de décisions des ménages et ainsi de comprendre comment les barrières à l'efficacité énergétique se manifestent. L'identification des différentes barrières permet alors, dans un troisième temps, de voir si les dispositifs d'incitations aujourd'hui en application en France permettent de lever tous les obstacles aux investissements d'amélioration énergétique. Il apparaît que la multitude de dispositifs mis en oeuvre ne peut suffire à réduire fortement le déficit d'efficacité énergétique. D'une part, certaines barrières ne sont pas levées car aucun outil approprié n'existe. D'autre part, certains facteurs de blocages ne sont que partiellement traités car l'utilisation pratique des outils diffèrent de leur conception théorique. Finalement, l'analyse des programmes de réhabilitation thermique des logements qui ont été engagés sur le territoire grenoblois permet de déterminer l'efficacité des dispositifs additionnels c'est à dire d'évaluer dans quelle mesure ces interventions " renforcées " permettent de lever les barrières qui n'ont pu l'être avec les dispositifs nationaux. La mise en perspective de ces quatre analyses successives - des causes du déficit ; de sa manifestation ; des instruments nationaux ; des programmes mis en œuvre à l'échelle locale - aboutit à la conclusion d'un nécessaire renforcement des mesures non financières pour l'accompagnement des agents afin d'amorcer la dynamique d'investissement et ainsi créer les conditions de l'efficacité des instruments économiques plus généraux.

Deux fois plus de bien-être en consommant deux fois moins de ressources : visant à l’origine des objectifs d’efficience des modes de production, le concept de « facteur 4 » s’est peu à peu modifié au début du XXIème siècle pour se focaliser sur la division par 4 des émissions de gaz à effet de serre. De nos jours, le facteur 4 est un objectif fractal, faisant référence selon l’échelle étudiée à deux ensembles différents mais reliés : le facteur 4 climatique (à l’échelle nationale) et le facteur 4 énergétique (à l’échelle micro-économique). Le facteur 4 énergétique, transposition des questions climatiques (GES) aux aspects de maîtrise de l’énergie a largement été développé au sein d’un secteur économique : le bâtiment. Ce dernier, de par son gisement d’économies d’énergie, a fait l’objet d’un engouement important s’étant concrétisé par la mise en place de réglementations, labels et scénarios prospectifs dans le but d’orienter et de proposer des directions vers l’atteinte du facteur 4. Malgré tout, la transposition pratique d’objectifs théoriques se heurte à la complexité du système composant ce secteur. Cette complexité est due à la diversité du bâti mais aussi, et surtout, aux nombreux acteurs qu’il est nécessaire de mobiliser. L’enjeu de cette recherche est d’étudier le système complexe que représente le secteur du bâtiment et ses acteurs, face à l’atteinte du Facteur 4. Cette thèse propose notamment d’identifier les points de blocage, ainsi que les facteurs de succès lors d’opérations de rénovation et de construction ; objectif revenant à poser la question suivante : quels sont les freins et leviers d’action rencontrés par les acteurs pour l’atteinte du facteur 4 dans le bâtiment ? Pour ce faire, nous avons choisi d’étudier en détail le cas du département de la Loire et envisagé par la suite la transposition des enseignements tirés sur ce département à l’ensemble de la France. Une vingtaine d’entretiens couplés à un questionnaire semi-directif auprès de plus de 200 acteurs professionnels du bâtiment ont été réalisés. Ces enquêtes qualitatives et quantitatives ont permis d’identifier et classer 24 types de freins, relevant de problématiques financières, techniques, réglementaires et comportementales ainsi que les principaux leviers pouvant permettre de les contourner. Au travers des discours et résultats obtenus, les contraintes financières et comportementales apparaissent prépondérantes pour les acteurs interrogés. Malgré tout, l’enchevêtrement des freins et l’interrelation de ces derniers entre catégories imposent une conclusion : le système actuel, face aux contraintes du facteur 4, nécessite non pas une adaptation voire une évolution mais une refonte des modes de penser et de faire. Cette refonte, prônant les concepts de sobriété et d’efficacité, nécessite d’ordonnancer ces derniers : la sobriété de conception constitue alors une étape préalable à l’efficacité énergétique, elle-même précurseur de la sobriété d’utilisation. Une recherche-action menée sur 3 projets de rénovation sur le territoire de Saint-Etienne Métropole et couplant plus d’une centaine d’entretiens auprès de locataires de logement sociaux confirme cet agencement. Les utilisateurs, acteurs incontournables d’un projet, au travers d’une augmentation de leur niveau de confort conditionnent la sobriété à l’amélioration des niveaux de performances du logement. Cette sobriété, testée au travers de simulations thermiques dynamiques sur trois variables d’utilisation (température, taux d’occupation, fermeture des volets) pouvant permettre une division par deux des consommations du bâti. / Doubling Wealth - Halving Resource Use: from the original goals of efficiency production methods, the concept of "factor 4" has gradually changed in the early twenty-first century to focus on the division by 4 of greenhouse gas emissions. Today, Factor 4 depending on the scale refers to two different but interrelated concepts: climate factor 4 (national scale) and the energy factor 4 (at the micro-economic scale). Energy factor 4, transposition of climate issues (GHG) to the aspects of energy management has largely been developed in one sector of economy: the building sector. This sector, through its pool of savings has demonstrated widespread enthusiasm and has realized the implementation of regulations, labels and scenarios to guide and suggest directions towards the factor 4. Nevertheless, the practical implementation of theoretical objectives is hampered by the complexity of this sector. This complexity is due to the diversity of buildings, but also and above all, to the variety of actors who need to be mobilized. The aim of this research is to study the complex system represented by the construction industry and its actors, faced with the objective of factor 4. This thesis proposes to identify bottlenecks and success factors in operations and construction renovation as so ask the question: what are the barriers and levers encountered by actors trying to achieve the factor 4 in the building sector? To do this, we chose to study in detail the case of the Loire department and then consider whether lessons learned on this department could be applied to all France. Twenty interviews coupled with a questionnaire completed by over 200 professional actors in the building sector have been done. These qualitative and quantitative surveys have identified and classified 24 types of barriers relating to financial, technical, regulatory and behavioural issues as well as key levers that can help to overcome them. Through analysis of results, behavioural and financial issues appear to be paramount for the interviewed actors. Still, the variety of barriers and their interrelationship requires one conclusion: the current system, constrained by the objective of factor 4 requires not an adaptation or an evolution but a redesign of modes of thinking and acting. This redesign, advocating the concepts of sufficiency and efficiency needs to be ordered: the sufficiency of design is a preliminary step to energy efficiency, itself a precursor to the sufficiency of use. Action research conducted on three renovation projects in the territory of Saint-Etienne and combining more than one hundred interviews with tenants of social housing company confirms this arrangement. Inhabitants, as key actors of a project, stipulate that an increase in their comfort level combined to an improvement of housing performance, as a condition to their sufficiency. This sufficiency tested through thermal dynamic simulations (temperature, occupancy, closing the shutters) could allow a halving of building consumption.

La conception de procédé agroalimentaire est une activité complexe, caractérisée par la grande diversité des produits et des procédés étudiés, ainsi que par la disparité des contextes de production (artisanale ou industrielle). La conception de systèmes de transformation alimentaire adaptés est animée par d'importants enjeux humains, sanitaires, économiques, environnementaux et même culturels. Dans le cas des Pays du Sud, l'explosion démographique et l'urbanisation croissante impliquent de développer un système de production industriel capable de valoriser des produits issus de savoir-faire traditionnels, tout en répondant à des contraintes de coût et de productivité.Pour prévenir toute perte de temps causée par des analyses de type « essai-erreur », et afin d'éviter des coûts de développement superflus, il existe des outils spécifiques à l'analyse décisionnelle multicritères (MCDA) pouvant être déployé dès les phases préliminaires de la conception. En particulier, il est possible d'analyser le potentiel et les limites technologiques d'un concept défini dans un contexte donné, par l'analyse de l'ensemble de solutions les plus performantes, dites Pareto-optimales. Ces solutions se distinguent par les valeurs de leurs variables de conception, qui sont autant de degrés de liberté pour le dimensionnement du concept (géométrie, matériaux, conditions opératoires).Notre cas d'étude concerne l'évaluation d'un concept de fumage à chaud à plaques radiantes, pour la production de poisson fumé, traditionnellement consommé en Afrique Centrale et de l'Ouest. En effet, avant de prétendre à la diffusion de cette technologie déjà brevetée, il faut s'assurer que le procédé puisse satisfaire des objectifs de production et de performances énergétiques, tout en maintenant une qualité du produit satisfaisante. Ainsi, un outil d'optimisation multiobjectif spécifique a été développé en se basant sur la modélisation du comportement du procédé. Une première étude expérimentale a permis de construire un modèle de séchage du poisson dans des conditions d'air variables (température, vitesse et humidité), qui représente à la fois les flux d'évaporation et les flux liés aux écoulements gravitaires de graisses et d'eau. Dans un second temps, un outil de simulation existant a été amélioré afin de représenter des phénomènes ayant un impact significatif sur les performances du procédé, tels que l'aéraulique des fumées, le recyclage de l'air et la régulation thermique. Ainsi, un modèle d'observation a été établi. Il permet de prédire le comportement de différentes solutions possibles, définies par huit variables de conception, et d'évaluer leurs performances sur la base de six variables d'observation.Dans un dernier volet, la formalisation des préférences et de la connaissance experte du procédé permet d'interpréter les performances en termes de désirabilités (satisfaction), qui sont agrégées en un indice de satisfaction global (fonction objectif) par un principe de précaution. Un algorithme génétique permet alors de trouver une solution optimale qui maximise cette fonction objectif, en explorant l'espace des solutions possibles de manière combinatoire. Cette démarche de conception a été fructueuse car elle a permis de proposer un dimensionnement permettant d'obtenir des performances très satisfaisantes. Il a aussi été possible de proposer des améliorations ciblées pour redéfinir le concept actuel du fumoir à plaques. Par ailleurs, il est à noter que le modèle de comportement peut facilement être réadapté pour d'autre type de produits. Dans la perspective d'étendre l'utilisation de cette démarche à d'autres cas d'étude, un effort devra être mené pour la collecte de données fonctionnelles issues de l'expertise. / Food process design is a complex activity, given the wide diversity of existing product and processes, and the plurality of production contexts. Designer must meet the requirements derived from the critical stakes from human, sanitarian, economic, environmental and cultural point of views. In southern countries, the rapid growth of population drives the need of more industrial processes able to valorize traditional products.The savings of development time and extra-expenses are mainly determined by the quality of design choices from the early stage of the designing process, called embodiment design. Multiple criteria decision analysis (MCDA) techniques are used in this purpose, which enable to evaluate and criticize any technological concept. In a specific context, it is possible to generate the Pareto-set of a concept, which is composed of the most efficient possible alternatives. Indeed, every design alternative is defined by some design (or decision) variables which are the degree of freedom for the dimensioning of the system considered. Our case study focuses on a technological innovation to perform hot-smoking using radiant plates (for sanitarian purpose). It is aimed to be developed for the production of traditional hot-smoked catfish widely consumed in West and Central Africa. This is a multicriteria design problem since many objectives have to be satisfied, and concern the product quality, production and energetic performances.In a first work, the mass reduction of catfish dried in hot air conditions was modeled from empirical measurements. In particular, this model takes into account the influence of the drying air conditions (Temperature, Velocity and Relative Humidity) on the calculation of the mass fluxes of evaporation and drips. After that, a global simulation model of the radiant plate hot-smoking process was developed from a previous work. Some key phenomena were described (pressure losses, air recycling, thermal regulation) as they could strongly impact the process performances. The resulting observation model allows predicting the performances of any design alternative defined by a set of 8 design variables.In a final work, expert knowledge and preference were mathematically introduced in a multiobjective optimization tool, meaning some desirability functions. Therefore, every performance variable is converted into desirability indices (traducing the level of satisfaction) and then aggregated into a single global desirability index (thus defining a global objective function). The optimal design of the concept is found using a genetic algorithm.This multiobjective optimization method enabled to find very satisfactory design solution for the radiant plate hot smoking process. More to the point, the analysis of a wide range of Pareto-optimal solutions enabled to better understand what were the strengths and weaknesses, so it was possible to suggest some targeted improvement to the current radiant plate smoking technology. Also, it is noticeable that the current simulation model can be easily adapted to other products. For the purpose of a generalization of the use of such multiobjective methods for the design of food processes, it has been pointed out that efforts should be made to gather expert criteria other relevant functional data.

Le sujet de thèse propose une nouvelle génération de réseaux de capteur sans fil base sur impulse radio ultra wide band (IR-UWB) reconfigurable suivant l'application souhaitée et à très basse consommation. La consommation énergétique d’un système de communication sans fil est la contrainte majeure pour le déploiement d’un réseau de capteurs sans fil autonome. Les travaux de recherche présente dans cette thèse ont menés au développement d’un émetteur-récepteur à très faible consommation d’énergie pour les réseaux de capteurs sans fil autonome pour des applications de structural Heath monitoring dans des domaines aéronautique. Une description est faite pour les différents types de technologie de communication sans fil pour la surveillance des structures (SHM). Nous avons détaillé la communication sans fil ultra large bande (UWB) en présentant la technique de communication sans fil UWB par impulsion avec les avantages qu’elle offre pour notre application. Une présentation est faite de l’architecture de l’émetteur-récepteur IR-UWB conçu en détaillant le design complet avec l’intégration de la solution proposée clock-gating pour un système à une grande efficacité énergétique avec une implémentation et validation d’un prototype sur une plateforme FPGA. Une description de la conception et la fabrication d’un système sur puce ASIC de notre design d’émetteur-récepteur IR-UWB avec la technologie CMOS 65nm de st microélectronique et les avantages qu’il offre que ça soit en terme d’efficacité énergétique ou de taille de système. / This Ph.D. Subject proposes the design of a new generation of wireless sensor networks (WSN) based on impulse radio ultra-wide band (IR-UWB), reconfigurable upon the application, reliable and ultra-low power. Applications like structure health monitoring of aerospace structures or portable smart sensing systems for human protection can be targeted. These industrial applications impose very demanding specifications for the wireless communication protocol (in some cases, new services are needed like: localization, clock synchronization, real-time transmission, etc) on one side, and for the circuit design, on the other side, as the ultra-low power circuits are needed. Energy efficiency is the major driver in today development of the wireless sensor networks. We chose impulse radio ultra-wideband (IR-UWB) technique for our developments. IR-UWB is a very promising technique able to respond to the wireless communication protocol constraints and to energy efficiency constraints.! The objective of this Ph.D. will be to design an ultra-low power IR-UWB transceiver. IR-UWB signal processing techniques has to be study and innovator solution has to be proposed for the implementation of the IR-UWB transceiver. The first prototype will be developed on FPGA boards (and/or USRP boards) and the final IR-UWB transceiver will be an ASIC in CMOS technology. The design of an ultra-low power consumption of the CMOS transceiver will be a major concern. Modern ultra-low power circuit techniques from the nanometrics CMOS design kits will be used. MAC layer adapted to the demands of the application and working on IR-UWB physical layer will be also studied and designed. A microprocessor integration on the chip for power management of the different parts (sensor, communication, computing, energy harvesting) of the system can also be studied. This work will be based on the previous research results obtained in our team in the case of static WSN. This work will take plac! e in the highly stimulating and competitive environment of a E! uropean project.