Depuis 2006, l’arrêt des pompages d’exhaure dans le Bassin Houiller Lorrain (France) a conduit à l’ennoyage des travaux miniers abandonnés, avec pour conséquence la mise en place d’un nouvel équilibre hydrodynamique régional. De récentes recherches portant sur l’exploitation de la chaleur des réservoirs ennoyés ont suscité de nouvelles interrogations, auxquelles nous nous sommes proposé de répondre. Notre travail avait pour objectif de chercher à comprendre le comportement thermo-hydrodynamique de l’eau de mine au sein d’un système en cours d’ennoyage ou récemment ennoyé. Dans un premier temps, les contextes géographique, géologique et hydrogéologique du Bassin Houiller Lorrain ont fait l’objet d’une synthèse, et une zone d’étude a été choisie. Dans un second temps, des profils de température et de conductivité électrique, complétés par des jaugeages, ont été mesurés dans d’anciens puits de mine du Bassin Houiller Lorrain, offrant une meilleure compréhension du comportement de l’eau à l’échelle d’un ouvrage profond. À partir de l’analyse de ces données, un modèle thermo-hydrodynamique et des simulations numériques ont pu être réalisés à cette échelle. Les résultats permettent d’expliquer les phénomènes observés. Leur stabilité est également étudiée. Dans un troisième temps, un modèle spatialisé maillé a été construit pour aborder la problématique du comportement hydrodynamique d’un réservoir minier entier. La montée de l’eau observée a été correctement reproduite ; le modèle peut par ailleurs être utilisé de façon prédictive pour la période suivant l’ennoyage. Plusieurs outils ont été testés, améliorés ou développés afin de faciliter l’étude des réservoirs ennoyés, notamment concernant l’homogénéisation tridimensionnelle des conductivités hydrauliques et le couplage d’un modèle spatialisé maillé avec un réseau de drains-conduits / Since 2006, cessation of dewatering in Lorraine Coal Basin (France) led to the flooding of abandoned mines, resulting in a new hydrodynamical balance in the area. Recent researches concerning geothermal exploitation of flooded reservoirs raised new questions, which we propose to answer. Our work aimed to understand the thermo-hydrodynamical behaviour of mine water in a flooding or flooded system. Firstly, we synthetized the geographical, geological and hydrogeological contexts of the Lorraine Coal Basin, and we chose a specific area for our studies. Secondly, temperature and electric conductivity log profiles were measured in old pits of the Lorraine Coal Basin, giving a better understanding of the water behaviour at a deep mineshaft scale. We were able to build a thermo-hydrodynamical model and simulate water behaviour at this scale. Flow regime stability is also studied. Thirdly, a hydrodynamical spatialized meshed model was realized to study the hydrodynamical behaviour of a mine reservoir as a whole. Observed water-table rise was correctly reproduced : moreover, the model can be used in a predictive way after the flooding. Several tools were tested, improved or developed to ease the study of flooded reservoirs, as three-dimensional upscaling of hydraulic conductivities and a coupled spatialized meshed model with a pipe network

Avec les progrès dans les communications sans fil, le réseau maillé sans fils (WMN) est apparu comme une solution à la couverture et à la capacité limitée des réseaux d'infrastructure. Un WMN est un réseau ad-hoc multi-sauts dans lequel les routeurs participants acheminent le trafic pour le compte de tiers. Malgré les avantages et l'efficacité accrue de nombreuses applications, plusieurs problèmes doivent encore être résolus, notamment des facteurs critiques influant sur les performances des WMNs tels que l'évolutivité, la stabilité de la connectivité réseau, la qualité de service, la sécurité et les problèmes d'interférence. Face à ce défi, cette thèse explore une nouvelle approche des réseaux, à savoir le concept de réseau défini par logiciel (SDN). Dans une configuration SDN, l'intelligence située au niveau des périphériques réseau est déplacée dans une entité centrale communément appelée le contrôleur SDN. Dans cette architecture, le contrôleur SDN prend toutes les décisions et dicte à chaque périphérique réseau comment router les flux de données. Dans cette thèse, l'accent est mis sur l'évaluation des améliorations de la gestion de réseau que SDN pourrait apporter aux WMNs. En particulier, nous avons analysé et déterminé le type de granularité de contrôle SDN envisageable pour ce type de réseaux ainsi que les solutions techniques permettant de mettre en œuvre ce concept pour de meilleures performances. / With advances in wireless communications, Wireless Mesh Network (WMN) has emerged as one solution to the limited coverage and capacity of infrastructure networks. A WMN is a multihop ad-hoc network where participating routers forward traffic on behalf of others. Despite the advantages and increased efficiency in many applications, several challenges still need to be solved and especially critical factors influencing the performance of WMNs such as scalability, network connectivity steadiness, Quality of Service (QoS), security, and interference problems. In the face of this challenge, this thesis explores a new approach for networks, namely the concept of Software-Defined Network (SDN). In an SDN configuration, the intelligence located at network devices level is moved within a central entity commonly referred to as the SDN controller. In this architecture, the SDN controller takes all decisions and dictates to each network device how to route data flows. In this thesis, the focus is on evaluating network management improvements that SDN could make in WMNs. Particularly, we analyzed and determined what kind of SDN control granularity that could be envisaged for this type of networks as well as the technical solutions to implement this concept for better performance.

Les réseaux maillés sans fil sont une solution efficace, de plus en plus mise en œuvre en tant qu’infrastructure, pour interconnecter les stations d’accès des réseaux radio. Ces réseaux doivent absorber une croissance très forte du trafic généré par les terminaux de nouvelle génération. Cependant, l’augmentation du prix de l’énergie, ainsi que les préoccupations écologiques et sanitaires, poussent à s’intéresser à la minimisation de la consommation énergétique de ces réseaux. Ces travaux de thèse s’inscrivent dans les problématiques d’optimisation de la capacité et de la minimisation de la consommation énergétique globale des réseaux radio maillés. Nous définissons la capacité d’un réseau comme la quantité de trafic que le réseau peut supporter par unité de temps. Ces travaux s’articulent autour de quatre axes. Tout d’abord, nous abordons le problème d’amélioration de la capacité des réseaux radio maillés de type WIFI où l’accès au médium radio se base sur le protocole d’accès CSMA/CA. Nous mettons en lumière, les facteurs déterminants qui impactent la capacité du réseau, et l’existence d’un goulot d’étranglement qui limite cette capacité du réseau. Ensuite, nous proposons une architecture de communication basée sur l’utilisation conjointe de CSMA/CA et de TDMA afin de résoudre ce problème de goulot d’étranglement. Dans la deuxième partie de cette thèse, nous nous intéressons aux réseaux maillés sans fil basés sur un partage des ressources temps-fréquence. Afin de calculer des bornes théoriques sur les performances du réseau, nous développons des modèles d’optimisation basés sur la programmation linéaire et la technique de génération de colonnes. Ces modèles d’optimisation intègrent un modèle d’interférence SINR avec contrôle de puissance continue et variation de taux de transmission. Ils permettent, en particulier, de calculer une configuration optimale du réseau qui maximise la capacité ou minimise la consommation d’énergie. Ensuite, dans le troisième axe de recherche, nous étudions en détail le compromis entre la capacité du réseau et la consommation énergétique. Nous mettons en évidence plusieurs résultats d’ingénierie nécessaires pour un fonctionnement optimal d’un réseau maillé sans fil. Enfin, nous nous focalisons sur les réseaux cellulaires hétérogènes. Nous proposons des outils d’optimisation calculant une configuration optimale des stations de base qui maximise la capacité du réseau avec une consommation efficace d’énergie. Ensuite, afin d’économiser l’énergie, nous proposons une heuristique calculant un ordonnancement des stations et leur mise en mode d’endormissement partiel selon deux stratégies différentes, nommées LAFS et MAFS. / Wireless mesh networks (WMN) are a promising solution to support high data rate and increase the capacity provided to users, e.g. for meeting the requirements of mobile multimedia applications. However, the rapid growth of traffic load generated by the terminals is accompanied by an unsustainable increase of energy consumption, which becomes a hot societal and economical challenges. This thesis relates to the problem of the optimization of network capacity and energy consumption of wireless mesh networks. The network capacity is defined as the maximum achievable total traffic in the network per unit time. This thesis is divided into four main parts. First, we address the problem of improvement of the capacity of 802.11 wireless mesh networks. We highlight some insensible properties and deterministic factors of the capacity, while it is directly related to a bottleneck problem. Then, we propose a joint TDMA/CSMA scheduling strategy for solving the bottleneck issue in the network. Second, we focus on broadband wireless mesh networks based on time-frequency resource management. In order to get theoretical bounds on the network performances, we formulate optimization models based on linear programming and column generation algorithm. These models lead to compute an optimal offline configuration which maximizes the network capacity with low energy consumption. A realistic SINR model of the physical layer allows the nodes to perform continuous power control and use a discrete set of data rates. Third, we use the optimization models to provide practical engineering insights on WMN. We briefly study the tradeoff between network capacity and energy consumption using a realistic physical layer and SINR interference model. Finally, we focus on capacity and energy optimization for heterogeneous cellular networks. We develop, first, optimization tools to calculate an optimal configuration of the network that maximizes the network capacity with low energy consumption. We second propose a heuristic algorithm that calculates a scheduling and partial sleeping of base stations in two different strategies, called LAFS and MAFS.

Même si les réseaux de données ont beaucoup évolué au cours des dernières décennies, les paquets sont presque toujours transmis d’un nœud à l’autre comme des blocs de données inaltérables. Cependant, ce paradigme fondamental est aujourd’hui remis en question par des techniques novatrices comme le codage réseau, qui promet des améliorations de performance et de fiabilité si les nœuds sont autorisés à mixer des paquets entre eux. Les réseaux sans fil manquent de fiabilité en raison des obstacles ou interférences que subissent les liens sans fil, et ces problèmes peuvent empirer dans des topologies maillées avec de multiples relais potentiels. Dans ce travail, nous nous concentrons sur l’application du codage réseau intra-flux aux flux unicast dans les réseaux sans fil, avec pour objectif d’améliorer la fiabilité des transferts de données et de discuter des opportunités de déploiement et des performances. Tout d’abord, nous proposons une borne inférieure pour la redondance, puis un algorithme opportuniste distribué, pour adapter le codage aux conditions du réseau et permettre la livraison fiable des données dans un réseau sans fil maillé, tout en prenant en compte les besoins de l’application. En outre, puisque les opérations requises pour le codage réseau sont coûteuses en termes de calcul et de mémoire, nous étendons cet algorithme pour s’adapter aux contraintes physiques de chaque nœud. Ensuite, nous étudions les interactions du codage intra-flux avec TCP et son extension MPTCP. Le codage réseau peut en effet améliorer les performances de TCP, qui ont tendance à être plus faibles sur les liens sans fil, moins fiables. Nous observons l’impact des problèmes d’équité qui se posent quand des flux codés fonctionnent en parallèle avec des flux traditionnels non codés. Pour finir, nous explorons deux manières différentes d’améliorer les performances de MPTCP dans les environnements sans fil : le faire fonctionner sur du codage réseau, et implémenter directement le codage directement dans le protocole MPTCP tout en préservant sa compatibilité avec TCP / Even if packet networks have significantly evolved in the last decades, packets are still transmitted from one hop to the next as unalterable pieces of data. Yet this fundamental paradigm has recently been challenged by new techniques like network coding, which promises network performance and reliability enhancements provided nodes can mix packets together. Wireless networks rely on various network technologies such as WiFi and LTE. They can however be unreliable due to obstacles, interferences, and these issues are worsened in wireless mesh network topologies with potential network relays. In this work, we focus on the application of intra-flow network coding to unicast flows in wireless networks. The main objective is to enhance reliability of data transfers over wireless links, and discuss deployment opportunities and performance. First, we propose a redundancy lower bound and a distributed opportunistic algorithm, to adapt coding to network conditions and allow reliable data delivery in a wireless mesh. We believe that application requirements have also to be taken into account. Since network coding operations introduce a non negligible cost in terms of processing and memory resources, we extend the algorithm to consider the physical constraints of each node. Then, we study the interactions of intra-flow coding with TCP and its extension MPTCP. Network coding can indeed enhance the performances of TCP, which tends to perform poorly over lossy wireless links. We investigate the pratical impact of fairness issues created when running coded TCP flows besides legacy non-coded TCP flows. Finally, we explore two different ways to enhance the performance of MPCTP in wireless environments : running it over network coding, and implementing the coding process directly in MPTCP while keeping it fully TCP-compatible.