There is a continuously growing amount of appliances and energy dependent services in households. To date, efforts have mostly focused on energy efficiency, however behavior changes are required for a more sustainable energy consumption. People therefore need to understand their consumption habits to be able to adapt them. Appliance-specific feedback is probably the most efficient way to impact behaviors, since people need to ‘see’ where their electricity goes. Smart meters, currently being extensively rolled out in Europe and in the U.S. are good potential candidates to provide end-users with<p>energy advice. The required functionalities must however be rapidly defined if they are expected to be integrated in the future massive roll out.<p><p>Nonintrusive appliance load monitoring aims to derive appliance-specific information from the aggregate electricity consumption. While techniques have been developed since the 80’s, those mainly address the identification of previously learned appliances, from a database. Building such a database is an intrusive and tedious process which should be avoided. Whereas most recent efforts have focused on unsupervised techniques to disambiguate energy consumption into individual appliances, they usually rely on prior information about measured appliances such as the number of appliances, the number of states in each appliance as well as the power they consume in each state. This information should ideally be learned from the data. This topic will be addressed in the present research.<p><p>This work will present a framework for unsupervised learning for nonintrusive appliance<p>load monitoring. It aims to discover information about appliances of a household solely from its aggregate consumption data, with neither prior information nor user intervention. The learning process can be segmented into five tasks: the detection of on/off switching, the extraction of individual load signatures, the identification of<p>recurrent signatures, the discovery of two-state electrical devices and, finally, the elaboration<p>of appliance models. The first four steps will be addressed in this paper.<p><p>The suite of algorithms proposed in this work allows to discover the set of two-states electrical loads from their aggregated consumption. This, along with the evaluation<p>of their operating sequences, is a prerequisite to learn appliance models from the data. Results show that loads consuming power down to some dozens of watts can be learned from the data. This should encourage future researchers to consider such an unsupervised learning. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Aujourd’hui les réseaux électriques sont exploités dans un marché dérégulé. Les gestionnaires des réseaux électriques sont tenus d’assurer un certain nombre de critères de fiabilité et de continuité du service, tout en minimisant le coût total consacré aux efforts effectués pour maintenir la fiabilité des installations. Il s’agit de trouver une stratégie, qui répond à plusieurs exigences, comme :le coût, les performances, la législation, les exigences du régulateur, etc. Cependant, le processus de prise de décision est subjectif, car chaque participant ramène sa contribution sur base de sa propre expérience. Bien que ce processus permette de trouver la « meilleure » stratégie, cette dernière n’est pas forcément la stratégie « optimale ». Ce compromis technico-économique a sensibilisé les gestionnaires des réseaux électriques à la nécessité d’un recours à des outils d’aide à la décision, qui doivent se baser sur des nouvelles approches quantitatives et une modélisation plus proches de la réalité physique.<p>Cette thèse rentre dans le cadre d’un projet de recherche lancé par ELIA, et dénommé COMPRIMa (Cost-Optimization Models for the Planning of the Renewal, Inspection, and Maintenance of Belgian power system facilities). Ce projet vise à développer une méthodologie qui permet de modéliser une partie du réseau électrique de transport (par les réseaux de Petri stochastiques) et de simuler son comportement dynamique sur un horizon donné (simulation de Monte Carlo). L’évaluation des indices de fiabilité permet de comparer les différents scénarios qui tentent d’améliorer les performances de l’installation. L’approche proposée est basée sur la stratégie RCM (Reliability-Centered Maintenance).<p>La méthodologie développée dans cette thèse permet une modélisation plus réaliste du réseau qui tient compte, entre autres, des aspects suivants :<p>- La corrélation quantitative entre le processus de maintenance et le processus de vieillissement des composants (par un modèle d’âge virtuel) ;<p>- Les dépendances liées à l’aspect multi-composant du système, qui tient compte des modes de défaillance spécifiques des systèmes de protection ;<p>- L’aspect économique lié à la stratégie de maintenance (inspection, entretien, réparation, remplacement), aux coupures (programmées et forcées) et aux événements à risque (refus disjoncteur, perte d’un client, perte d’un jeu de barres, perte d’une sous-station, etc.). / Doctorat en sciences appliquées / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Real-time systems are composed of a set of tasks that must respect some deadlines. We find them in applications as diversified as the telecommunications, medical devices, cars, planes, satellites, military applications, etc. Missing deadlines in a real-time system may cause various results such as a diminution of the quality of service provided by the system, the complete stop of the application or even the death of people. Being able to prove the correct operation of such systems is therefore primordial. This is the goal of the real-time scheduling theory.<p><p>These last years, we have witnessed a paradigm shift in the computing platform architectures. Uniprocessor platforms have given place to multiprocessor architectures. While the real-time scheduling theory can be considered as being mature for uniprocessor systems, it is still an evolving research field for multiprocessor architectures. One of the main difficulties with multiprocessor platforms, is to provide an optimal scheduling algorithm (i.e. scheduling algorithm that constructs a schedule respecting all the task deadlines for any task set for which a solution exists). Although optimal multiprocessor real-time scheduling algorithms exist, they usually cause an excessive number of task preemptions and migrations during the schedule. These preemptions and migrations cause overheads that must be added to the task execution times. Therefore, task sets that would have been schedulable if preemptions and migrations had no cost, become unschedulable in practice. An efficient scheduling algorithm is therefore an algorithm that either minimize the number of preemptions and migrations, or reduce their cost.<p><p>In this dissertation, we expose the following results:<p>- We show that reducing the "fairness" in the schedule, advantageously impacts the number of preemptions and migrations. Hence, all the scheduling algorithms that will be proposed in this thesis, tend to reduce or even suppress the fairness in the computed schedule.<p><p>- We propose three new online scheduling algorithms. One of them --- namely, BF2 --- is optimal for the scheduling of sporadic tasks in discrete-time environments, and reduces the number of task preemptions and migrations in comparison with the state-of-the-art in discrete-time systems. The second one is optimal for the scheduling of periodic tasks in a continuous-time environment. Because this second algorithm is based on a semi-partitioned scheme, it should favorably impact the preemption overheads. The third algorithm --- named U-EDF --- is optimal for the scheduling of sporadic and dynamic task sets in a continuous-time environment. It is the first real-time scheduling algorithm which is not based on the notion of "fairness" and nevertheless remains optimal for the scheduling of sporadic (and dynamic) systems. This important result was achieved by extending the uniprocessor algorithm EDF to the multiprocessor scheduling problem. <p><p>- Because the coding techniques are also evolving as the degree of parallelism increases in computing platforms, we provide solutions enabling the scheduling of parallel tasks with the currently existing scheduling algorithms, which were initially designed for the scheduling of sequential independent tasks. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Abstract<p><p>1.\ / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished

This thesis treats of channel models for polarized multi-antenna wireless systems. Polarized multi-antenna systems are systems that use perpendicularly polarized, co-located antennas at the base station and at the mobile terminal, in order to benefit from the so-called polarization diversity. Such systems benefit from the advantages of MIMO systems while still maintaining a compact equipment size. Two models will be presented in this thesis. The first one is the Polarized-Input Polarized-Output (PIPO) channel model, the second one is the Polarized-Diffuse-Directional channel model. <p><p>The PIPO model is a statistical channel model for tri-polarized to tri-polarized communication systems. A tri-polarized antenna system is a tranceiver using three perpendicular antennas. The aim of the PIPO channel model is to have a model that has a simple mathematical structure, so it can be used for solving precoding equations or capacity calculations. Although the PIPO model has a very simple structure, it takes the following parameters into account: coherent channel component, cross-polar channel power imbalance, inter-channel correlation, short- and long-scale time variance. <p>Experimental measurements are used to parameterize the model. It is shown how the model parameters are extracted from experimental measurements, and the results are analyzed to allow further simplification of the model. <p><p>The PDD model, on the other hand, is a geometry-based stochastic channel model. It models the channel as a sum of clusters, where each cluster consists of groups of multipath components (MPCs). The PDD model includes two novelties that will be developed in detail in this thesis. <p>- The model considers polarization on a per-cluster basis. This permits to have a more accurate description of the polar-angular spectrum. <p>- The diffuse multipath component (DMC) is included by considering a diffuse component for each cluster. The diffuse cluster component is then modeled as the sum of a set of diffuse MPCs. <p>The model is specified in detail, and it is shown how the model can be generated. <p>Experimental measurements were carried out to parameterize the model. A new extraction technique for extracting the specular-diffuse clusters from the measurements is proposed. This technique is based on joint clustering of the specular MPCs and the bins of the diffuse component. The experimental results are analyzed, and superimposed with environment information to gain further insight into the physical aspects of clustered propagation. <p><p>Finally, both models are validated. Several validation metrics are introduced, and their pertinence in the context of polarized MIMO systems is highlighted. Both models are successfully validated, and the advantages and limitations of each models are investigated. <p><p>Cette thèse traite des modèles de canal pour systèmes sans-fils multi-antennes polarisés. Des systèmes multi-antennes polarisés sont des systèmes qui utilisent des antennes polarisées perpendiculairement co-localisées à la station de base et au terminal mobile, dans le but de bénéficier de la diversité de polarisation. De tels systèmes peuvent bénéficier des avantages des systèmes MIMO tout en diminuant l'encombrement des équipements. Deux modèles seront présentés dans cette thèse. Le premier est le modèle Polarized-Input Polarized-Output (PIPO), le second est le modèle Polarized-Diffuse-Directional (PDD). <p><p>Le modèle PIPO est un modèle statistique pour des systèmes de communication tri-polaire à tri-polaire. Un système tri-polaire est un émetteur ou un récepteur qui utilise trois antennes perpendiculaires. Le but du modèle de canal PIPO est d'avoir un modèle qui a une structure mathématique simple, afin qu'il puisse être utilisé pour résoudre des équations de précodage ou des calculs de capacité. Malgré la structure simple du modèle PIPO, il tient compte des paramètres suivants: la composante cohérente du canal, les différences de puissance entre canaux cross-polaires, la corrélation entre canaux, les variations à courte et à longue échelle de temps. Des mesures expérimentales ont été réalisées afin de paramétriser le modèle. Les techniques pour extraire les paramètres du modèle des mesures expérimentales sont présentées, et les résultats sont analysés afin de permettre une simplification supplémentaire du modèle. <p><p>Le modèle PDD, quant à lui, est un modèle de canal stochasique-géométrique. Il modélise le canal comme une somme de clusters, où chaque clusters est composé d'un groupe de chemins multi-trajets. Le modèle PDD inclut les deux nouveautés suivantes qui seront développées en détail dans cette thèse. <p>- Le modèle considère une polarisation par cluster. Ceci permet d'avoir une description plus exacte du spectre angulaire-polaire. <p>- La composante diffuse est prise en compte en incluant une composante diffuse pour chaque cluster. La composante diffuse d'un cluster est alors modelisée comme une somme de multi-trajets diffus. <p>Le modèle est spécifié en détail, et il est présenté comment le modèle peut être généré. Des mesures expérimentales ont été faites afin de paramétriser le modèle. Une nouvelle technique d'extraction est proposée pour extraire les clusters spéculaires-diffus. Cette technique est basée sur le clustering conjoint des multi-trajets spéculaires et des "bins" de la composante diffuse. Les résultats expérimentaux sont analysés, et superposés avec l'information de l'environnement de mesure afin d'avoir une connaissance accrue des aspects physiques de la propagation par clusters. <p><p>Finalement, les deux modèles sont validés. Plusieurs métriques de validations sont introduites, et leur pertinence dans le cadre des systèmes MIMO polarisés est mis en avant. Les deux modèles sont validés avec succès, et les avantages et limitations de chaque modèle sont investigués. <p> / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Doctorat en sciences appliquées / info:eu-repo/semantics/nonPublished

<p align="justify">Cette thèse traite de l'étude numérique et expérimentale du transport et de la déposition d'aérosols dans les poumons. La partie numérique du travail porte sur des simulations uni-, bi- et tridimensionnelles du comportement des aérosols dans la structure pulmonaire. Les simulations unidimensionnelles (1D) sont effectuées dans des modèles trompettes et multibranche similaires à ceux utilisés dans les études de transport et de mélange gazeux dans les poumons. Le dépôt total, le profil des dépôts le long des différentes générations de l'arbre bronchique ainsi que la dispersion de boli d'aérosols sont calculés en fonction de la taille des particules et du protocole respiratoire. Un bolus consiste en un faible volume d'aérosols inhalé sous la forme d'un pic de concentration au cours d'une inspiration d'air pur. Les résultats montrent les limitations intrinsèques liées aux modèles 1D quant à la description du transport des aérosols dans les poumons et suggèrent l'utilisation d'équations multidimensionnelles pour décrire le transport de particules. Des simulations bidimensionnelles (2D) sont alors développées pour décrire le comportement des aérosols dans un modèle représentatif de la zone alvéolaire du poumon humain. Les simulations montrent que les particules ne se déposent pas uniformément sur les parois alvéolaires des conduits mais qu'elles sont principalement localisées près de l'entrée des alvéoles et ceci principalement dans le cas de petites particules (diamètre inférieure à 0.5 mm). De plus, les résultats montrent que le traditionnel coefficient de dispersion utilisé dans l'approche unidimensionnelle ne peut pas être extrapolé dans la zone alvéolaire du poumon.</p><p><p align="justify">Finalement, des simulations tridimensionnelles (3D) sont réalisées dans un modèle d'un conduit pulmonaire entouré d'alvéoles et confirment la déposition largement hétérogène des aérosols calculée dans l'étude bidimensionnelle suggérant que les concentrations locales et moyennes en aérosols peuvent être substantiellement différentes.</p><p><p align="justify">Parallèlement, des données expérimentales de déposition totale et de dispersion de boli d'aérosols sont obtenues et comparées aux résultats numériques. Des indices tels que la dispersion du bolus expiré, la déposition totale ou le déplacement du mode entre les courbes de concentration des boli inspiré et expiré mesurés au niveau de la bouche ont été évalués. Des simulations numériques similaire aux tests expérimentaux sont également effectuées. Bien qu'une approche relativement simplifiée soit utilisée, il apparaît que les simulations décrivent raisonnablement bien les résultats expérimentaux.</p><p> / Doctorat en sciences appliquées / info:eu-repo/semantics/nonPublished

L’ouverture à la concurrence des marchés de l’électricité et du gaz peine à aboutir aux effets escomptés. Si les directives issues du troisième « paquet » ont été en grande partie transposées au sein des États membres, les obstacles à la réalisation effective d’une Europe de l’énergie demeurent nombreux. Dans ce contexte nébuleux, une surveillance aux yeux d’Argus a émergé. En effet, comme pour forcer le processus de libéralisation, les autorités de concurrence et les autorités de régulation sectorielle redoublent d’efforts pour achever rapidement le marché intérieur de l’énergie, quitte à aller parfois, semble-t-il, à contre-courant de leur mission originelle. D’un côté, les autorités de concurrence semblent de plus en plus enclines à se comporter en « constructeurs » des marchés de l’énergie, agissant davantage sur la structure de ces derniers que sur les comportements dommageables. À l’inverse, les autorités de régulation sectorielle, dont les pouvoirs ne cessent d’être renforcés, sont de plus en plus incitées à détecter les entraves à la concurrence et à les sanctionner. De ce contrôle bicéphale résulte une confusion des rôles qui n’est pas totalement atténuée par la mise en place des « passerelles » entre les deux types de régulateurs. Au demeurant, face à cet enchevêtrement de compétences, les opérateurs évoluent sur des marchés peu propices au jeu de la concurrence et dans un cadre réglementaire aussi complexe qu’instable, sclérosant les investissements nécessaires pour dynamiser ces marchés. Toutefois, le système mis en place, que beaucoup aimeraient voir clarifié, peut être amélioré. Alors qu’une partie de la doctrine appelle à la fusion des autorités, hypothèse pourtant peu réaliste, la voie du réaménagement du cadre de surveillance, basée sur un renforcement de l’interrégulation, mais également sur l’établissement d’une véritable régulation européenne, ne semble pas avoir été suffisamment explorée. / The opening to competition of the markets in gas and electricity has hardly produced the desired impact. To a large extent, the directives flowing from the third package have been transposed amongst the Member States. However, the effective implementation of a European energy is still facing several challenges ahead. With this nebulous background, supervision has become all-seeing, Argus-like. In fact, while competitions authorities and sectoral regulators are significantly stepping up theirs efforts so as to push forward the liberalization process towards the swift completion of the internal energy market, they seem, at times, to work against the grain of their original assignment. On the one hand, competition authorities appear to be increasingly willing to act as « builders » for the energy markets as they tackle market structures rather than harmful behaviours. Conversely, sectoral regulators, with their ever-strengthening powers, are more and more incited to track down and take sanctions against barriers to competition. Such bicephalous management has resulted in a confusion of roles which has not been alleviated by the « bridges »built between both types of regulators. At any rate, in the face of such a tangled web of competences, operators find themselves in markets that are not very conducive to competition and in a regulatory framework which is both volatile and complex, thereby paralysing the investments required to render such markets more dynamic. The system as it stands may still be improved and many would like to see it clarified. Although the prospect is not very realistic, some commentators have called for the merger of authorities. It appears nonetheless that reworking the supervision framework with a view to strengthening inter-regulation but also implementing actual European regulations is a route that has not yet been sufficiently explored.

L’énergie nucléaire, qui est une technologie de génération largement utilisée dans des systèmes électriques, est caractérisée par des coûts fixes élevés et des coûts variables bas. Pour amortir ses coûts fixes, le nucléaire est préférentiellement utilisé pour une opération en base inflexible, c’est-à-dire opérer à un niveau constant pour répondre à la partie non variable de la demande d’un système électrique et produire au maximum de sa propre capacité. En raison de cette spécificité, l’insertion de la production nucléaire dans les marchés concurrentiels d’électricité n’a pas été profondément étudiée jusqu’à présent. Par conséquent, même dans des marchés concurrentiels, la question de la gestion optimale d’un parc de production nucléaire n’a pas été soulevée parce que la production nucléaire est censée fonctionner en continu (pour couvrir la demande de base). Cependant, il y a des cas ou` la gestion de la production nucléaire semble plus complexe que ne le suggère cette vision simplifiée. En règle générale, lorsque la proportion de l’énergie nucléaire dans un parc de production est élevée, la production nucléaire doit s’adapter aux variations de la demande. Cela soulève la question de la façon optimale de gérer cette technologie de production dans ce contexte. Comme cette question n’a pas été étudiée jusqu’à présent, il est nécessaire de proposer un cadre théorique qui permet une analyse des situations comme celle de la France, avec un marché concurrentiel et où le nucléaire représente 80% de la production, c’est-à-dire beaucoup plus que ce qui serait nécessaire pour couvrir la demande de base. Nous nous plaçons dans un horizon à moyen terme de la gestion (1 à 3 ans) pour tenir compte de la variation saisonnière de la demande. A moyen terme, le gestionnaire d’un parc nucléaire très large (comme le parc français) doit ajuster sa production selon les variations saisonnières de la demande. Dans ce cadre, le stock de combustible nucléaire peut être analysé comme un réservoir puisque les centrales nucléaires s’arrêtent périodiquement (tous les 12 ou 18 mois) pour recharger leur combustible. La gestion de ce réservoir permet de profils différents d’usages de combustible nucléaire au cours des différentes saisons de l’année. Ainsi, nous nous pencherons sur cette question comme une analyse économique rationnelle de l’opération d’un “réservoir” de combustible nucléaire. Nous allons ensuite l’analyser dans un cadre général déterministe dynamique avec deux types de production : nucléaire et thermique non-nucléaire. Nous étudions la gestion optimale de la production dans un marché parfaitement concurrentiel. Ensuite, nous établissons un modèle numérique (basé sur les données du marché français) où les centrales nucléaires ne sont pas opérées à production constante, mais dans un cadre de placement flexible (comme le parc nucléaire français). […] / Nuclear power as a generation technology that is widely used in electricity production systems is characterized by high fixed costs and low variable costs. To amortize its fixed costs, nuclear is preferentially used for inflexible baseload operation, i.e. operate at a constant level to meet the non variable part of electricity demand of a system and produce at its maximum capacity. Because of this specificity, the insertion of nuclear production in competitive electricity markets has not been deeply studied so far. Therefore, even in competitive markets, the question of the optimal management of a nuclear generation set has not been raised because nuclear production is supposed to operate continuously (to cover baseline demand). However, there are cases where the management of nuclear generation seems more complex than suggested by this simplified view. Typically, when the proportion of nuclear energy in a production set is high, the nuclear generation output has to adjust to the variations in demand. This raises the question of the optimal way to manage this production technology in that kind of setting. As this question has not been studied so far, there is a need for a theoretical framework that enables an analysis of situations like the French one, with a competitive market and where nuclear represents 80% of generation, i.e. much more that what would be necessary to cover the baseload demand. We place ourselves in a medium-term horizon of the management (1 to 3 years) to take into account the seasonal variation of the demand level. In the medium-term, the manager of a large nuclear set (like the French set) has to set its seasonal variation of output according to the demand level. Since nuclear units have to stop periodically (from 12 to 18 months) to reload their fuel, we can analyze the nuclear fuel as a stock behaving like a reservoir. The operation of the reservoir allows different profiles of nuclear fuel use during the different demand seasons of the year. Thus, we will look at this question as a rational economic analysis of the operation of a nuclear fuel “reservoir”. We then analyze it within a general deterministic dynamic framework with two types of generation: nuclear and thermal non-nuclear. We study the optimal management of the production in a perfectly competitive market. Then, we establish a numerical model (based on data from the French market) with nuclear plants being not operated strictly as base load power plants but within a flexible dispatch frame (like the French nuclear set). [...]

La libéralisation des marchés énergétiques est un objectif primordial pour tous les Etats membres et candidats à l'Union européenne. Dans le but d'arriver à un marché de l'énergie, la Commission européenne a mis en place trois paquets énergie pour l'ouverture complète des marchés électriques et gaziers à la concurrence étape par étape. Pour mieux comprendre les législations et les politiques énergétiques en France et en Turquie, il est indispensable d'avoir une connaissance principale sur l'organisation et le fonctionnement de leurs marchés électriques et gaziers dès l'origine en élaborant les institutions et entreprises monopolistiques en tant que EDF, TEK, GDF BOTAS, et leur évolution historique jusqu'à la mise en place des directives énergétiques européennes. Par la suite, il est important d'examiner chronologiquement chaque étape de libéralisation imposé par les paquets énergie (mise en place du marché intérieur 1996-2000, le deuxième paquet énergie 2000-2007, le troisième paquet énergie 2007-2011,prochaine étape Energy 2020), et comparer la procédure juridique du procès de la libéralisation des marchés énergétiques en examinant leurs législations en vigueur et leurs modifications pendant l'implémentation des directives énergétiques européennes. / The liberalization of energy markets is primary objective for each member and candidate State of the European Union. In order to achieve an internal energy market, European Commission set up three energy packages for electricity and gas market complete opening up to the competition step by ste^p. For a better understanding of the energy legislations and policies in France and in Turkey, it is essential to have a main knowledge related to the organisation and operation of their electricity and gas markets from the beginning by examining the institutions and monopolistic companies such as EDF, TEK, GDF, BOTAS, and their historical evolution period until the european energy directives implementation. Thereafter, it is prominent to examine chronologically every step of the liberalisation enforced by the energy packages (internal energy market 1996-2000, second energy package 2000-2007, third energy package 2007-2011, next step Energy 2020), and compare the legal procedure of the energy market liberalization process by analyzing their legislations in place and modifications during the european energy directives implementation process.