<p>De nos jours, il est peu de processus ou de tâches qui ne requièrent pas l'optimisation d'une quantité : diminuer le temps de livraison, diminuer l'espace utilisé, réduire les efforts de développement, ... C'est donc sans surprise que la recherche en optimisation soit l'un des domaines les plus actifs des sciences des technologies de l'information. En optimisation combinatoire, les métaheuristiques sont à compter parmi le fleuron des techniques algorithmiques. Mais ce succès est encore au prix d'une quantité significative de temps de conception et développement. Ne serait-il pas possible d'aller encore plus loin ? D'automatiser la préparation des métaheuristiques ? En particulier dans des conditions telles le manque de temps, l'ignorance de techniques spécialisées ou encore la mauvaise compréhension du problème traité ? C'est ce à quoi nous répondons dans la présente thèse au moyen d'une approche de méta-modélisation de la recherche : l'heuristique de la Gestalt.</p> <p>Considérant la représentation du problème comme un levier que l'on peut activer sous le processus de recherche mené par une métaheuristique, la thèse suggère la construction d'une abstraction de cette représentation capable d'assister la métaheuristique à trouver de bonnes solutions en contraignant sa recherche. Cette approche, inspirée de la psychologie de la Gestalt, nous l'appelons l'heuristique de la Gestalt. Son fonctionnement repose principalement sur l'agrégation des variables de la représentation. Cette agrégation donne lieu à une abstraction structurelle, mais également fonctionnelle en ce sens que les opérateurs de la métaheuristique doivent désormais respecter l'intégrité des agrégats définis.</p> <p>Après avoir établi le contexte de la dissertation, nous discutons de la transposition de la psychologie de la Gestalt dans le cadre de l'optimisation combinatoire et des métaheuristiques. S'ensuit la formalisation de l'heuristique de la Gestalt et la description de sa réalisation. Finalement, une série d'études expérimentales sont menées pour éprouver le concept avancé et valider l'implémentation basée sur les algorithmes évolutionnistes que nous proposons. En conclusion, nous affirmons que l'implémentation de l'heuristique de la Gestalt basée, entre autres, sur un algorithme génétique de groupement est capable d'assister positivement des algorithmes génétiques lorsque les instances de problèmes traitées possèdent une structure riche et complexe, que leur taille est importante, que l'on est tôt dans le processus d'optimisation et que l'algorithme génétique n'est pas paramétré spécifiquement.</p>

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Water resources management is now recognized as a multidisciplinary task that has to be performed in an integrated way, within the natural boundaries of the hydrological basin or of the aquifers. Policy makers and water managers express a need to have tools able at this regional scale to help in the management of the water resources. Until now, few methodologies and tools were available to assess and model the fate of diffuse contaminants in groundwater at the regional scale. In this context, the objective of this research was to develop a pragmatic tool to assess and to model groundwater flow and solute transport at the regional scale. A general methodology including the acquisition and the management of data and a new flexible numerical approach was developed. This numerical approach called Hybrid Finite Element Mixing Cell (HFEMC) was implemented in the SUFT3D simulator developed by the Hydrogeology Group of the University of Liège. A first application of this methodology was performed on the Geer basin. The chalk aquifer of the Geer basin is an important resource of groundwater for the city of Liège and its suburbs. The quality of this groundwater resource is threatened by diffuse nitrate contamination mostly resulting from agricultural practices. New field investigations were performed in the basin to better understand the spatial distribution of the nitrate contamination. Samples were taken for environmental tracers (tritium, CFCs and SF6) analysis. The spatial distribution of environmental tracers concentrations is in concordance with the spatial distribution of nitrates. This allows proposing a coherent interpretative schema of the groundwater flow and solute transport at the regional scale. These new data and the results of a statistical nitrate trend analysis were used to calibrate the groundwater model developed with the HFEMC approach. This groundwater flow and solute transport model was used to forecast the evolution of nitrate concentrations in groundwater under a realistic scenario of nitrate input for the period 2008-2058. According to the modelling results, upward nitrate trends observed in the basin will not be reversed for 2015 as prescribed by the EU Water Framework Directive. The regional scale groundwater solute transport model was subsequently used to compute nitrate concentrations in groundwater under different scenarios of nitrate input to feed a socio-economic analysis performed by BRGM. These computed concentrations were used to assess the benefit, for the users, linked to the reduction of contamination resulting from the changes in nitrate input. These benefits were compared to the costs associated to the implementation of the considered agri-environmental schemes that allow reducing the nitrate input to groundwater.

La thèse a étudiée en profondeur la problématique de gestion dun terminal à conteneurs. Utilisant tour à tour des techniques de simulation, des visites des terminaux (portuaires, intérieurs et secs) et des discussions avec les acteurs de la logistique en général, une définition de la gestion dun terminal à conteneurs est établie et les paramètres fonctionnels du terminal sont précisés. Partant des conclusions tirées des résultats des simulations des scenarios conçus et testés selon une méthodologie scientifique validée par des acteurs de la chaîne logistique de transport et des experts de la conteneurisation, la thèse établit que loptimisation de la gestion dun terminal à conteneurs ne doit plus être pensée en prenant le terminal comme étant un acteur isolé dans la chaîne logistique, mais plutôt comme faisant partie dun ensemble logistique quil faut optimiser de façon intégrée. La thèse introduit ainsi la théorie de la modélisation dans la chaîne logistique. Deux modèles sont identifiés dont le premier décrit le fonctionnement actuel de la chaîne logistique: Le modèle Client, et un nouveau modèle ou un nouveau mode de fonctionnement visant une logistique intégrée: Le modèle participatif. La thèse propose ensuite une plate forme des données logistiques spécialement conçue selon le modèle participatif. Testés avec des données des terminaux de la rangée Hambourg Le Havre, les résultats montrent quil est possible de réduire de 50% le temps de séjour des conteneurs aux terminaux maritimes avec comme conséquence une réduction dans les mêmes proportions de la congestion dans ces terminaux. Autres conclusions intéressantes: la réduction du temps passé par les moyens de transport de pré et post acheminement des conteneurs dans les ports, une meilleure utilisation des plates formes logistiques grâce à une meilleure programmation des activités de transport, une réduction des émissions de CO2 et une réduction de la congestion aux abords des plates formes logistiques et des ports. Finalement, la thèse montre quune intermodalité bien réfléchie est une source de croissance de la productivité et des revenus de tous les acteurs impliqués dans la chaîne de transport intermodal.

The objective of this PhD research is to simulate the water balance of the Tolomosa watershed, using the physically based GIS (ArcView) linked software package SWAT (Soil and Water Assessment Tool), as part of the evaluation of the hydrological response to development scenarios in allocating available water resources and quantifying the value in relation to the economic production of the basin. The methodology includes the review of the relevant scientific articles and combines natural sciences and field surveys with remote sensing techniques (1997 Landsat 5TM imagery), hydrological modelling and water valuation. Out of the six conducted modellings, the assessment of the predictions and uncertainties associated with the results indicates that TOLOHRU, which has the finest spatial discretisation, shows the best performance for the hydrological simulation of the basin. Three development scenarios of the basin are considered. The results of the functional form of the hedonic property pricing of eighty seven agricultural plots draw aside the agricultural scenario. Only the mixed sylvo-pastoral scenario is considered, cattle breeding being related to all the activities of the basin. The water valuation is estimated by comparing the changes between the total flow reaching the storage reservoir and the value of the watershed production of a 30 year period in the case of: (1) Current situation with an estimated agriculture, pastoral and hydroelectric annual production of 59.1 million USD (constant price); (2) Forestry-cattle breeding scenario contributes to a forestry-cattle breeding and hydroelectric production of 74.3 million USD (constant price). In unit terms, a cubic meter of water has a relative value of 0.31 USD which depends of the hypothesis of this research. Furthermore, we hope that this approach will be considered by the regional decision makers, including those of the Tolomosa River Contract (TRC) project, as an effective management tool for developing sustainable river basin water resources policy./Lobjectif de la thèse vise à estimer les termes du bilan en eau du bassin de la Tolomosa par le modèle semi-distribué SWAT (Soil and Water Assessment Tool) couplé au SIG ArcView, en vue détablir, analyser et comparer la réponse hydrologique du bassin face aux changements biophysiques lors de lapplication dun scénario de développement pour, à terme, allouer et quantifier la valeur unitaire du bien « eau » en relation avec la production économique du bassin. La méthodologie comprend la révision de la littérature scientifique pertinente et combine les sciences naturelles et les études de terrain avec les techniques de télédétection (image Landsat 5TM 1997), de modélisation hydrologique et de valorisation économique. Des six modélisations hydrologiques conclues, lanalyse des performances et des incertitudes associées aux résultats montre que TOLOHRU, qui possède le découpage spatial le plus fin, présente la meilleure robustesse qui permet despérer une bonne connaissance de la réaction hydrologique du bassin en fonction d'une pluviométrie identifiée. Trois scénarios productifs de développement sont envisagés. Les résultats de la forme fonctionnelle du prix hédonique de quatre-vingt-sept propriétés agricoles écartent le scénario de production agricole. Seul le scénario mixte sylvo-pastoral est retenu, lélevage étant intrinsèquement lié à toutes les activités du bassin. Enfin, la valorisation de leau est déterminée en comparant la variation du bilan en eau et de lécoulement total atteignant le réservoir avec la différence de la valeur actualisée de la production du bassin sur une période de 30 ans entre les cas suivants: (1) Situation actuelle avec une valeur actualisée de la production annuelle agricole, pastorale et hydroélectrique estimée à 59,1 millions USD; (2) Scénario sylvo-pastoral avec une valeur actualisée de la production annuelle sylvo-pastorale et hydroélectrique de 74,3 millions USD. En termes unitaires, le rapport entre la différence de la valeur de la production en USD et celle de lécoulement total à lexutoire en mètres cubes correspond à une valeur relative de 0,31 USD du mètre cube deau, fonction des hypothèses considérées par cette étude. En plus des résultats obtenus, nous avons lespoir que cette démarche soit considérée par les décideurs régionaux y compris ceux du projet Contrat Rivière Tolomosa (CRT) comme un outil de gestion disponible permettant dappuyer le développement dune politique rationnelle, soutenable et économiquement viable des ressources hydriques dun bassin versant.

This work focuses on a new beta metastable titanium alloy, Ti-5553, for aeronautical applications. The goals of this study are the characterization of the two phases (alpha and beta) of this titanium alloy and the numerical modeling of representative cells of this material, which will be used to determine the appropriate microstructure. This thesis is divided into several parts. First, the numerical tools necessary to characterize this alloy and to model representative cells using the periodic homogenization theory will be presented. Secondly, the body-centered cubic beta phase will be identied. Then, the third part will concentrate on the characterization of the hexagonal close-packed alpha phase. Finally, the last part of this thesis will focus on choosing and modeling representative cells containing the phases identfied in the previous parts. The experimental tensile tests performed at different strain rates have demonstrated the necessity of using an elastic-viscous-plastic constitutive law. Guided by macroscopic (tensile and simple shear) experiments, a microscopic plasticity-based constitutive law was chosen to characterize this alloy instead of a macroscopic Norton-Hoff's constitutive one. It will be shown that the beta phase can be fully maintained in macroscopic samples at room temperature, making the characterization of the material behavior of this phase possible from macroscopic experiments. The optimized set of parameters was validated on nanoindentation tests performed in different beta grain orientations. In addition, a sensitivity analysis of several parameters from nanoindentation tests was performed and shows the importance of accurately defining some parameters, such as the exact shape of the indenter, and the negligible influence of other parameters, such as Poisson's ratio. From this study of experimental and numerical nanoindentation tests, it also appears that the orientation of the beta grain indented hardly affects the nanoindentation results. The characterization of the alpha phase was performed using nanoindentation experimental tests available for different grain orientations. This choice was influenced by the impossibility of maintaining only an alpha phase in a macroscopic Ti-5553 sample at room temperature and by the failure to represent the phase accurately from macroscopic (alpha+beta) samples. The material characterization of this phase is complex and difficulties occur when the behavior of this phase has to be characterized for different orientations by only one set of parameters. Finally, experimental microstructures were chosen and their simplied corresponding representative cells were meshed. Numerical simulations of these representative cells were performed and the influence of several parameters will be studied, such as the effect of the appearance of the alpha phase in the beta matrix and the effect of the shape of the alpha phase on the behavior of the cell.

This study focuses on the experimental and theoretical analyses of radiant ceiling performance and on the use of their simulation models as commissioning tools. A steady state model of such system appears to be an appropriate tool for preliminary calculation, design and diagnosis in commissioning processes. Therefore, the main objective is to support a Functional Performance Test of the system in order to verify the radiant ceiling performance in cooling and/or heating modes. A series of experimental results obtained for seven types of cooling ceilings are used in order to validate this model. A dynamic model is also proposed to interpret the interactions of the radiant ceiling system with its environment (walls, facade, internal loads and ventilation system). This dynamic model is used to support a global commissioning procedure, to verify the radiant ceiling behavior and to evaluate the comfort conditions of the occupants. In this modeling the resultant temperature is calculated as a comfort indicator, as it depends strongly on the transient variation of the surface temperatures in the room. Dynamic tests in heating and cooling mode are used to validate the model. As an example of model application, the cooling ceiling system of a commercial building in Brussels is experimentally evaluated. Commissioning test results show that the influence of surfaces temperatures inside the room, especially the facade and ventilation are significant and that the radiant ceiling system must be evaluated together with its designed environment and not as a separate HVAC equipment.

In this study, climate and vegetation interactions are examined for several periods of the geological past with (1) a dynamic global vegetation model CARAIB, and (2) an Earth system model of intermediate complexity Planet Simulator. Both models interact through an equilibrium asynchronous coupling procedure, which consists of a series of iterations of climate and vegetation equilibrium simulations. The climate and vegetation models, as well as the coupling technique developed here and some basic results are rst presented. The models are then applied to study three periods that have experienced large scale climate and vegetation changes: the Last Glacial Maximum, the Middle Pliocene and the Middle Miocene. First, the implications of changing land surface properties on the climate at the Last Glacial Maximum (LGM) are studied. A series of sensitivity experiments is carried out to evaluate the contribution of vegetation change relative to the contributions of the ice sheet expansion and elevation, and the lowering of the atmospheric CO2 on the Last Glacial Maximum climate. We find that the vegetation cover change at the LGM leads to signicant global cooling, together with a decrease in precipitation. The change in the vegetation cover also reinforces the cooling due to other surface cover changes, such as the ice-cover, when applied together with them. Secondly, the climate and vegetation models are used to investigate the Middle Pliocene and Middle Miocene climates and vegetations. Both periods are characterised by a warmer and wetter than present-day climate, and as a consequence, by a reduction of desert areas and an expansion and densification of forests especially at high latitudes. Our results show that the vegetation feedback on climate may have contributed to maintain and even to intensify the warm and humid conditions produced by the other climatic factors at the Middle Pliocene and Middle Miocene. Thus, considering the climate and vegetation interactions could help to reconcile model results with proxy-based reconstructions. This also suggests that vegetation-climate interactions could provide a complementary, if not an alternative mechanism,to the large increase of CO2 required by the models to produce the estimated warming at both periods. The results presented in this study highlight the contribution of the biosphere in past climate changes, and therefore emphasise the study of climate and vegetation interactions to better understand past, present and future climate changes. Furthermore, our results also illustrate that considering the vegetation feedback on climate helps to improve the comparison of climate modelling results to proxy-based reconstructions for the studied periods. Ce travail a pour objet l'étude des interactions entre la végétation et le climat au cours de plusieurs périodes du passé géologique de la Terre, à l'aide (1) du modèle dynamique global de végétation CARAIB, et (2) du modèle climatique de complexité intermédiaire Planet Simulator. Les modèles de végé- tation et de climat interagissent via une procédure de couplage asynchrone à l'équilibre. Dans ce travail, les modèles ont été appliqués à l'étude de trois périodes passées, caractérisées par un changement du climat et de la couverture de végétation à grande échelle : le Dernier Maximum Glaciaire, le Pliocène Moyen et le Miocène Moyen. Dans un premier temps, nous avons étudié l'impact de changements des propriétés de surface continentale sur le climat du dernier maximum glaciaire. Un ensemble de tests de sensibilité a été réalisés à l'aide du modèle climatique afin d'évaluer les contributions relatives de changements dans la couverture de végétation, d'une expansion des calottes de glace et d'une augmentation de leur élévation, et d'une diminution de la concentration de dioxyde de carbone dans l'atmosphère. Les résultats obtenus permettent de mettre en évidence l'impact non-négligeable du changement de végétation sur le climat. Ce dernier changement provoque en effet une diminution des températures, accompagnée d'une réduction des précipitations en moyenne globale. De plus, le changement de végétation renforce les refroidissements obtenus, lorsqu'il est combiné aux autres modifications de la couverture de surface. D'autre part, nous avons modélisé les climats et distributions de végétation du Pliocène Moyen et du Miocène Moyen. Les résultats obtenus témoignent d'un climat plus chaud et plus humide que le climat actuel au cours de ces deux périodes, et par conséquent, d'une réduction des écosystèmes désertiques au profit d'une expansion et densification des écosystèmes forestiers, particulièrement aux hautes latitudes. Ces résultats sont en bon accord avec les résultats de précédentes études de modélisation, ainsi qu'avec les observations. Nos résultats montrent également que la rétroaction de la végétation, en réponse au changement climatique, peut avoir contribué à maintenir, et même à intensier, les conditions chaudes et humides au Pliocène Moyen et au Miocène Moyen produites par les autres facteurs climatiques. Cela suggère également que les interactions végétation-climat pourraient constituer un mécanisme complémentaire, si pas alternatif, à l'importante augmentation de la concentration de CO2 atmosphérique requise par les modèles pour produire les réchauffements estimés aux périodes considérées, et dès lors réconcilier les résultats de modélisation et les estimations basées sur les données, notamment pour Miocène Moyen. Cette étude souligne donc l'importance du rôle joué par la biosphère dans les changements climatiques passés, ainsi que la nécessité de la prise en compte des interactions végétation-climat lors de la simulation de climats passés à l'aide de modèles climatiques et de végétation. De plus, les résultats obtenus montrent, du moins pour les périodes étudiées ici, que la prise en compte des rétroactions de la végétation sur le climat aident à améliorer la comparaison des résultats de modélisation aux reconstructions basées sur des données.

L'imagerie électrique est un outil de plus en plus important pour un large domaine d'applications relatives à la caractérisation de la subsurface proche. D'importants développements ont été réalisés au cours des vingt dernières années pour l'amélioration des systèmes d'acquisitions et des algorithmes d'inversions. L'acquisition et le traitement de gros jeux de données reste toutefois une tâche délicate, en particulier en présence de topographie. Afin d'améliorer la gestion de la topographie, nous avons développé un nouvel algorithme d'inversion électrique 2.5D et 3D. Nous avons proposé deux nouvelles formulations pour supprimer la singularité à la source. Le problème direct est résolu en utilisant la méthode des Différences Finies Généralisées et des maillages non structurés, permettant une représentation précise de la topographie. Le code d'inversion utilise la méthode de l'état adjoint pour calculer le gradient de la fonction objective de manière économique. Cette approche a donné de bons résultats avec des données synthétiques. Les premiers résultats sur des données réelles ont permis de retrouver les principales structures de la subsurface, ainsi que plusieurs zones de faibles résistivités pouvant correspondre à des zones fracturées.

Au cours de leur mise en forme, les alliages de titane destinés à la fabrication de pièces tournantes pour moteurs d'avions suivent un schéma thermomécanique complexe constitué généralement de plusieurs opérations de forgeage. L'étape de forgeage dans le domaine monophasé β joue un rôle important, car elle conditionne la transformation de phases qui s'opère au cours du refroidissement ou du traitement thermique consécutif dans le domaine biphasé α-β, et donc les propriétés mécaniques finales de la pièce. La maîtrise de l'évolution de la microstructure et de la texture cristallographique au cours du forgeage dans le domaine β est donc indispensable pour optimiser l'ensemble du procédé de mise en forme. Pour cela, il est important de bien comprendre les mécanismes de recristallisation dynamique (continue et géométrique) se produisant dans ce type de matériau.Dans cette étude, les effets de la température, de la déformation et de la vitesse de déformation ont été étudiés au moyen d'essais de compression uniaxiale et de torsion à chaud. Les microstructures et textures de déformation ont été caractérisées par diffraction des électrons rétrodiffusés (EBSD). Ces approches expérimentales sont associées à un travail de modélisation, pour lequel le schéma de recristallisation dynamique "continue" (ou CDRX), consistant en une fragmentation progressive des grains β initiaux par la formation de nouveaux joints de grains, a été adapté à partir d'études antérieures. Les paramètres caractérisant les mécanismes élémentaires de la CDRX (écrouissage, restauration dynamique, migration des joints) ont été déterminés par ajustement sur les données expérimentales.Ces travaux ont pour objectif l'élaboration d'un post-processeur métallurgique dédié au forgeage des alliages de titane en phase β.