Ce mémoire a comme objectif de prédire les performances d’une turbine modèle de type bulbe à l’aide de simulations numériques RANS k-ε. Tout d’abord, par des simulations numériques, on valide les éléments de la méthodologie les plus susceptibles d’influencer la qualité des résultats. Par la suite, on obtient la colline de rendement numérique et on analyse l’effet du jeu de bout d’aube ainsi que des jeux au moyeu sur la prédiction de performance. Les résultats indiquent que la colline de rendement numérique se compare bien à la littérature portant sur les turbines bulbes. On montre, de plus, que tenir compte du jeu de bout d’aube dans la simulation numérique diminue de manière significative le rendement prédit. L’impact des jeux au moyeu est cependant négligeable sur la prédiction de performance de la turbine. Finalement, une modification de l’aspirateur est proposée pour la suite du projet entrepris par le consortium de recherche.

Doctorat en sciences sociales, politiques et économiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Atmospheric boundary layer flows are characterized by the coexistence of a broad range of scales. These scales cover from synoptic- (100-5000 km) and meso-scales (1-100 km) up to three-dimensional micro-scale turbulence (less than a few kilometers). This multiscale nature inherent to atmospheric flows clearly determines the behaviour of the atmospheric boundary layer, whose structure and evolution are of major importance for the wind energy community. This PhD thesis is focused on the development of a numerical methodology that allows to include contribution from all the above mentioned scales, with the purpose of improving the representation of boundary layer processes. The multiscale numerical methodology is developed based on a numerical weather prediction (NWP) model, the Weather Research and Forecasting (WRF) model.<p><p>Prior to the development of the multiscale numerical methodology, one-year of sonic anemometer and wind LiDAR measurements from the FINO1 offshore platform are analyzed. A comprehensive database of offshore measurements in the lowest 250 m of the boundary layer is developed after quality data check and correction for flow distortion effects by the measurement mast, allowing the characterization of the offshore conditions at FINO1. Spectral analysis of high frequency sonic anemometer measurements is used to estimate a robust averaing time for the turbulent fluxes that minimizes non-universal contributions from mesoscale structures but captures the contribution from boundary layer turbulence, employing the Ogive function concept. A stability classification of the measurements is carried out based on the Obukhov length. Results compare well to other surface layer observational studies while vertical wind speed profiles exhibit the expected stability-dependency.<p><p>Although NWP models have been extensively used for weather forecasting purposes, a comprehensive analysis of its suitability to meet the wind energy requirements needs to be carried out. The applicability of the WRF mesoscale model to reproduce offshore boundary layer characteristics is evaluated and validated against field measurements from FINO1. The ability of six planetary boundary layer (PBL) parameterizations to account for stability effects is analyzed. Overall, PBL parameterizations are rather accurate in reproducing the vertical structure of the boundary layer for convective and neutral stabilities. However, difficulties are found under stable stratifications, due to the general tendency of PBL formulations to be overdiffusive and therefore, not capable to develope the strong vertical gradients found in the observations. A low-level jet and a very shallow boundary layer cases are simulated to provide further insights into the limits of the parameterizations.<p><p>Large-eddy simulations (LES) based on averaged conditions from a convective episode at FINO1 are conducted to understand the mechanisms of transition and equilibration that occur in turbulent one-way nested simulations. The nonlinear backscatter and anisotropy subgrid scale model with a prognostic turbulent kinetic energy equation is found to be capable of providing similar results when performing one-way nested large-eddy simulations to a reference stand-alone domain using periodic lateral boundary conditions. A good agreement is obtained in terms of velocity shear and turbulent fluxes of heat and momentum, while velocity variances are overestimated. A considerable streamwise fetch is needed following each domain transition for appropriate energy levels to be reached at high wavelengths and for the solution to reach quasi-stationary results. A pile-up of energy is observed at low wavelengths on the first nested domain, mitigated by the inclusion of a second nested domain with higher resolution that allows the development of an appropriate turbulent energy cascade.<p><p>As the final step towards developing the multiscale capabilities of WRF, the specific problem of the transition from meso- to micro-scales in atmospheric models is addressed. The challenge is to generate turbulence on inner LES domain from smooth mesoscale inflow. Several new methods are proposed to trigger the development of turbulent features. The inclusion of adequate potential temperature perturbations near the inflow boundaries of the LES domain results in a very good agreement of mean velocity profiles, variances and turbulent fluxes, as well as velocity spectra, when compared to periodic stand-alone simulations. This perturbation method allows an efficient generation of fully developed turbulence and is tested under a broad range of atmospheric stabilities: convective, neutral and stable conditions, showing successful results in all the regimes. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Depuis longtemps les modèles de type phase sont utilisés dans plusieurs domaines scientifiques pour décrire des systèmes qui peuvent être caractérisés par différents états. Les modèles sont bien connus en théorie des files d’attentes, en économie et en assurance.<p><p>La thèse est focalisée sur différentes applications des modèles de type phase en assurance et montre leurs avantages. En particulier, le modèle de Lin et Liu en 2007 est intéressant, parce qu’il décrit le processus de vieillissement de l’organisme humain. La durée de vie d’un individu suit une loi de type phase et les états de ce modèle représentent des états de santé. Le fait que le modèle prévoit la connexion entre les états de santé et l’âge de l’individu le rend très utile en assurance.<p><p>Les résultats principaux de la thèse sont des nouveaux modèles et méthodes en assurance pension et en assurance santé qui utilisent l’hypothèse de la loi de type phase pour décrire la durée de vie d’un individu.<p><p>En assurance pension le but d’estimer la profitabilité d’un fonds de pension. Pour cette raison, on construit un modèle « profit-test » qui demande la modélisation de plusieurs caractéristiques. On décrit l’évolution des participants du fonds en adaptant le modèle du vieillissement aux causes multiples de sortie. L’estimation des profits futurs exige qu’on détermine les valeurs des cotisations pour chaque état de santé, ainsi que l’ancienneté et l’état de santé initial pour chaque participant. Cela nous permet d’obtenir la distribution de profits futurs et de développer des méthodes pour estimer les risques de longevité et de changements de marché. De plus, on suppose que la diminution des taux de mortalité pour les pensionnés influence les profits futurs plus que pour les participants actifs. C’est pourquoi, pour évaluer l’impact de changement de santé sur la profitabilité, on modélise séparément les profits venant des pensionnés.<p><p>En assurance santé, on utilise le modèle de type phase pour calculer la distribution de la valeur actualisée des coûts futurs de santé. On développe des algorithmes récursifs qui permettent d’évaluer la distribution au cours d’une période courte, en utilisant des modèles fluides en temps continu, et pendant toute la durée de vie de l’individu, en construisant des modèles en temps discret. Les trois modèles en temps discret correspondent à des hypothèses différentes qu’on fait pour les coûts: dans le premier modèle on suppose que les coûts de santé sont indépendants et identiquement distribués et ne dépendent pas du vieillissement de l’individu; dans les deux autres modèles on suppose que les coûts dépendent de son état de santé.<p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Dans le Chapitre 1, nous présentons une nouvelle approche pour évaluer des options dites à barrières basée sur une méthode connue sous le nom de méthode Vanna-Volga. Cette nouvelle méthode nous permet une calibration simple et rapide sur le marché des options à barrières directement ce qui permet d'évaluer ces options avec un outil en accord avec le marché. Nous comparons également nos résultats avec ceux provenant d’autres modèles célèbres et nous étudions la sensibilité de cette méthode par rapport aux données du marché. Nous donnons une nouvelle justification théorique associée à la méthode Vanna-Volga comme étant une approximation de Taylor du premier ordre du prix de l'option autour de la volatilité dite à la monnaie.<p><p><p>Dans le Chapitre 2 de la thèse nous allons développer un modèle qui compte de la volatilité implicite du marché et de la variabilité des taux d'intérêts. Nous travaillons dans le marché particulier des taux de changes, avec un modèle à volatilité locale pour la dynamique du taux de change dans lequel les taux d'intérêts domestiques et étrangers sont également supposé stochastiques. Nous dérivons l'expression de la volatilité locale et dérivons divers résultats particulièrement utiles pour la calibration du modèle. Finalement, nous développons un nouveau modèle hybride où la volatilité du taux de change possède une composante locale et une composante stochastique et nous dérivons une méthode de calibration pour ce nouveau modèle.<p><p><p>Dans le Chapitre 3, nous allons appliquer le modèle à volatilité locale et taux d'intérêts stochastiques développé dans le précédent chapitre mais dans le cadre d'évaluation de produits dérivés associés aux assurances vie. Nous utilisons une méthode de calibration développée dans le Chapitre 2. Les produits étudiés étant exotiques, nous allons également comparer les prix obtenus dans différents modèles, à savoir le modèle à volatilité locale, à volatilité stochastique et enfin à volatilité constante pour le sous-jacent, les trois modèles étant combinés avec des taux d'intérêts stochastiques.<p><p><p>Finalement, dans le Chapitre 4 nous allons travailler avec un modèle dit de Lévy pour modéliser le sous-jacent. Nous nous intéressons à l'évaluation d'options Asiatiques arithmétiques. Comme de nombreuses options exotiques, il n'est pas possible d'obtenir un prix analytique et dans ce cas seules les méthodes numériques permettent de résoudre le problème. Dans ce Chapitre 4, nous développons une méthode basée sur la méthode de simulations de Monte Carlo et nous employons deux types de variables de contrôle permettant d'améliorer la convergence du programme. Nous développons également une méthode permettant d'obtenir une borne inférieure au prix de l'option avec une efficacité qui surpasse les autres méthodes.<p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

The main objective of the dissertation is to develop a dynamic, inter-regional, and multi-sector general equilibrium model of the Belgian economy capable of analysing issues related to the environment, energy, fiscal policies and accounting for distributive effects between household groups. The dissertation focuses on BelMod, a computable general equilibrium model (CGE).<p>BelMod is intended to act as an analytical and quantitative support for decision-making in the energy/environment field and fiscal policies. The tool would be in evaluating ex-ante the cost and benefit of different policies to be implemented. The winners and the losers may easily be identified. BelMod also aims at filling the gaps left by the other models currently used in Belgium, in particular by explicit bottom-up modelling of the three Belgian regions (Brussels, Flanders, Wallonia) in the full integrated framework, by further disaggregating the production and consumption blocks, by distinguishing different types of households to study the distributional effects of environmental and fiscal policies.<p>The effect of let’s say, carbon tax, may affect branches of activities, markets and institutions differently over time and space. Under the “Burden Sharing Agreement”, Belgium committed to reduce its greenhouse gas emissions by 7.5 % by 2008-2012 from the 1990 level. Therefore the efficient way of dealing with this issue requires an analytical tool which can take into account the interactions between institutional agents (regional governments, community’s governments, central government, households, firms and rest of the world), their behaviour and the time horizon. The most adequate tool to do so is the general equilibrium model.<p>A CGE model such as BelMod requires a consistent, detailed and well structured database in the form of a social accounting matrix (SAM). A SAM is a square matrix which takes into account the production, consumption, revenues, expenditures and transactions of institutions at a given period of time. The reference year for our SAM is 2003. The SAM we built contains sixty two (62) branches of activity, sixty nine (69) commodities, three (3) regional governments, the French Community, the Central Government, the capital accounts and the Rest of the World.<p>Finally, to illustrate the capabilities of the model we provide two scenario analyses. In the first policy scenario, we simulate the introduction of a carbon tax at 20 euro per ton of CO2 emissions in 2013-2020 and 30 euro per ton of CO2 emissions in 2021-2050. In the second policy scenario, we simulate a linear and gradual increase of the crude oil price to 150 US dollars per barrel in 2050. The increase starts in 2008 and the target (150 US dollars) is reached in 2050.<p> / Doctorat en Sciences économiques et de gestion / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Cette thèse de doctorat s’inscrit dans le développement et l’utilisation de méthodes mathématiques et informatiques qui exploitent les données temporelles d’expression des gènes issues de puces à ADN afin de rationaliser et de modéliser les réseaux de régulation génique. Dans cette optique, nous nous sommes principalement intéressés aux données d’expression des gènes de la drosophile (Drosophila melanogaster) pendant son développement, du stade embryonnaire au stade adulte. Nous avons également étudié des données concernant le développement d’autres eucaryotes supérieurs, la réponse d’une bactérie soumises à différents stress et le cycle cellulaire d’une levure. Ce travail a été réalisé selon trois volets principaux :la détection des stades de développement et des perturbations, les classifications de profils d’expression et la modélisation de réseaux de régulation.<p><p>Premièrement, l’observation des données d’expression utilisées nous a conduits à approfondir l’étude des phénomènes survenant lors des changements de stades de développement de la drosophile. Dans ce but, deux méthodes de détection automatique de ces changements ont été développées et appliquées aux données temporelles disponibles sur le développement d’eucaryotes supérieurs. Elles ont également été appliquées à des données temporelles relatives à des perturbations externes de bactéries. Cette étude à montré qu’une formulation mathématique simple permettait de retrouver les instants expérimentaux où une perturbation ou un changement de stade de développement est observé, à partir uniquement des profils d’expression. Par ailleurs, la réponse à une perturbation externe s’avère non distinguable d’une succession de stades de développement, sur la base des seuls profils temporels d’expression.<p><p>Deuxièmement, en raison des dimensions du problème constitué par les données d’expression de plusieurs milliers de gènes et de l’impossibilité de distinguer le rôle dans la régulation des gènes qui présentent des profils d’expression similaires, il s’est avéré nécessaire de classifier les gènes selon leurs profils d’expression. En nous basant sur les résultats obtenus lors de la détection des stades de développement, la démarche suivie est de regrouper les gènes qui présentent des profils temporels d’expression aux comportements similaires non seulement au cours de la série temporelle complète, mais également dans chacun des stades de développement. Dans cette optique, trois distances ont été proposées et utilisées dans une classification hiérarchique des données d’expression de la drosophile.<p><p>Troisièmement, des structures de modèles linéaires et non linéaires ainsi que des méthodes d’estimation et de réduction paramétriques ont été développées et utilisées pour reproduire les données d’expression du développement de la drosophile. Les résultats de ce travail ont montré qu’avec une structure de modèle linéaire simple, la reproduction des profils expérimentaux était excellente et que, dans ce cas, le réseau de régulation génique de la drosophile pouvait se contenter d’une faible connectivité (en moyenne 3 connexions par classe de gènes) et ce, sans hypothèse a priori. Toutefois, les modèles linéaires ont ensuite sérieusement été remis en question par des analyses de robustesse aux perturbations paramétriques et de stabilité des profils après extrapolation dans le temps. Dès lors, quatre structures de modèles non linéaires et cinq méthodes de réduction paramétrique ont été proposées et utilisées pour concilier les critères de reproduction des données, de robustesse et de stabilité des réseaux identifiés. En outre, ces méthodes de modélisation ont été appliquées à un sous-ensemble de 20 gènes impliqués dans le développement musculaire de la drosophile et pour lesquels 36 interactions ont été validées expérimentalement, ainsi qu’à des profils synthétiques bruités. Nous avons pu constater que plus de la moitié des connexions et non-connexions sont retrouvées par trois modèles non linéaires. Les résultats de cette étude ont permis d’éliminer certaines structures de modèle et méthodes de réduction et ont mis en lumière plusieurs directions futures à suivre dans la démarche de modélisation des réseaux de régulation génique. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Le couplage important entre les différentes échelles d’un écoulement est une des caractéristiques prin-cipales des turbulences. Cela est exprimé mathématiquement par les termes non linéaires présents dans les équations d’équilibre de l’écoulement, dominants en dynamique turbulente. En magnétohy-drodynamique (MHD), la force de Lorentz influe sur l’équation de conservation de l’impulsion et le nombre de termes non linéaires passe à quatre au lieu d’un seul pour un fluide non conducteur.<p>L’objectif principal de cette thèse est d’analyser le transport d’énergie inter-échelles en utilisant une simulation numérique directe d’un écoulement turbulent MHD. Les propriétés de localité du transport de l’énergie entre les échelles pour un écoulement anisotropique ou isotropique, généré par la présence d’un champ magnétique constant, sont renforcées. Un objectif secondaire est d’établir un cadre de travail pour l’étude du transport de particules test chargées dans un champ électromagnétique turbu-lent, i.e. généré par le mouvement d’un fluide conducteur, qui possède des structures à plusieurs ordres de grandeur. La structure de la thèse est présentée ci-dessous.<p>Dans la première partie, composée des deux premiers chapitres, l’auteur présente les notions de turbu-lences, aussi bien hydrodynamiques que MHD. Ces deux chapitres sont des synthèses.<p>La deuxième partie est la principale source de nouveaux résultats. Le chapitre 3 présente les méthodes numériques pour la résolution des équations, les méthodes pseudo-spectrales. Un nouveau type de force est introduit, imposant un niveau de dissipation pour tous les invariants. Dans le chapitre 4, il est effectué une analyse du transfert d'énergie entre ordres de grandeur pour les turbulences MHD. Pour explorer ces transferts d'énergie, le domaine spectral est décomposé en une série de coques de même nombre d'onde. Le transfert moyen d'énergie entre ces coques est analysé. Les transferts d'énergie s'avèrent être surtout locaux en ordre de grandeur, alors qu'une contribution non locale existe due à la force. En présence d'un champ magnétique, l'écoulement développe une direction préférentielle, une anisotropie, où une idée nouvelle de décomposition de l'espace spectral en structures annulaires est présentée. Utilisant cette décomposition annulaire on trouve que le transfert entre anneaux est local, surtout dans les anneaux de direction perpendiculaire au champ magnétique. Pour les turbulences isotropiques, dans le chapitre 5, la localité des flux d'énergie est explorée par le biais de fonctions de localité. Dans le cas de la turbulence MHD, nous avons un comportement non local plus prononcé.<p>La dernière partie, les chapitres 6 et 7, présente le formalisme de suivi des trajectoires de particules chargées évoluant dans un champ électromagnétique turbulent. L'influence de la méthode d'interpola-tion du solveur de particules est étudiée avant la présentation des concepts liés au transport de particu-les et aux régimes de diffusion. L'adiabatisme du mouvement des particules chargées est discuté et le transport de particules chargées dans un champ magnétique turbulent est montré en exemple.<p> / Doctorat en sciences, Spécialisation physique / info:eu-repo/semantics/nonPublished

This thesis is composed of three chapters. The first two chapters provides novel approaches for<p>modeling and estimating the dependence structure for a large portfolio of assets using rating data.<p>In both chapters a natural form of organizing a portfolio in terms of the levels of exposure to economic sectors and geographical regions, plays a key role in setting up the dependence structure.<p>The last chapter investigates weather financial strategies that exploit sector or geographical heterogeneity in the asset space are relevant in terms of portfolio optimization. This is also done in a context of a large portfolio but with data on stock returns. / Doctorat en Sciences économiques et de gestion / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Ce travail se compose de trois parties consacrées à différents aspects des modèles ARCH (AutoRegressive Conditionally Heteroskedastic) quantiles. Dans ces modèles, l’hétéroscédasticité conditionnelle est à prendre dans un sens très large, et affecte de fa¸ con potentiellement différenciée tous les quantiles conditionnels (et donc la loi conditionnelle elle-même), et non seulement, comme dans les modèles ARCH classiques, l’échelle conditionnelle.<p><p>La première partie étudie les problèmes de Value-at-Risk (VaR) dans les séries financières ainsi modélisées. Les approches traditionnelles présentent une caractéristique discutable, que nous relevons, et à laquelle nous apportons une correction fondée sur les lois résiduelles. Nous pensons que les fondements de cette nouvelle approche sont plus solides, et permettent de prendre en compte le fait que le comportement des processus empiriques résiduels (REP) des processus ARCH, contrairement à celui des REP des processus ARMA, continue à dépendre de certains des paramètres du modèle.<p><p>La seconde partie approfondit l’étude générale des processus empiriques résiduels (REP) des processus ARCH dans l’optique de la régression quantile (QR) au sens de Koenker et Bassett (Econometrica 1978). La représentation de Bahadur des estimateurs QR, et dont découle la propriété de tension asymptotique des REP, est établie.<p><p>Finalement, dans la troisième partie, nous mettons en évidence la nature semi-paramétrique des modèles ARCH quantiles, et l’invariance, sous l’action de certains groupes de transforma-tions, des sous-modèles obtenus en fixant la valeur des paramètres. Cette structure de groupe permet la construction de méthodes d’inférence invariantes qui, dans l’esprit des résultats de Hallin and Werker (Bernoulli 2003) préservent l’optimalité au sens semi-paramétrique. Ces méthodes sont fondées sur les rangs et les signes résiduels. Nous développons en particulier les R-estimateurs des modèles considérés et étudions leurs performances. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished