Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Au cours de ces dernières années, la taille des transistors a diminué considérablement permettant ainsi de réduire la taille des composants et de multiplier le nombre de composants dans un système. Cette condensation des transistors avec la montée en fréquence des circuits est à l'origine d'une augmentation drastique de la densité de puissance et d'une élévation importante de la température du composant, dommageable pour les performances de celui-ci. Le but de ces travaux de thèse est de proposer une méthodologie de génération de modèles thermiques, légers (rapidement simulables) et indépendants des conditions aux limites, de systèmes électroniques complexes. Cette méthodologie permet de décomposer un système complexe en sous-éléments, de construire un modèle léger de chaque élément et de les reconnecter afin de recomposer le comportement thermique du système global. La méthodologie permet d'effectuer une analyse thermique du système tôt dans le processus de conception d'un système et offre de nombreux avantages par rapport aux modèles existants.

L'objectif de cette thèse est d'étudier les problèmes de simulation et d'aide à la décision pour la gestion et le pilotage des systèmes hospitaliers (plateaux médico-techniques, unité de soins, services d' urgence ...). Cette problématique est très importante et fait l'objet depuis quelques années de travaux de recherche dans des laboratoires. A l'heure actuelle, les approches proposées sont des approches prédictives et s'inspirent des méthodes mises en oeuvre dans les systèmes industriels. Il apparaît indispensable de proposer des approches réactives permettant un suivi quasiment en temps réel des systèmes. Le sujet proposé concerne la modélisation des différents types de flux (patients, personnels, matériels, ...) et de leurs interactions et l'évaluation d'indicateurs de performance à définir. Il s'agit donc d'étudier la classe (le domaine) des systèmes et de proposer une méthodologie de simulation et d'aide à la décision pour la gestion et le pilotage. Cette problématique est étudiée dans le cadre du projet NHE (Nouvel hôpital Estaing) à Clermont-Ferrand et s'intéresse plus particulièrement à la conception de modèles génériques des différentes classes de systèmes, à la définition d'indicateurs de performance et à la conception et mise en oeuvre d'outils d'aide à la décision pour les managers hospitaliers (directeur, chef de servive, médecin, cadre de santé ...)

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Ce travail de thèse, mené sur deux thématiques : les réseaux ambiants et la simulation multi-agent, a pour contexte l'étude des interactions entre le fonctionnement des réseaux ambiants (réseaux pair-à-pair et réseaux mobiles ad hoc networks) et les comportements de leurs usagers (mobilité, partage d'un service, etc.). Pour étudier ces phénomènes, nous avons mis en lumière le besoin de réutiliser, de coupler et de faire interagir des outils de modélisation et de simulation provenant de domaines scientifiques différents (réseaux informatiques, simulations sociales) afin d'intégrer simultanément plusieurs niveaux d'abstraction dans l'étude menée. Cette problématique de réutilisation et de couplage de modèles (la multi-modélisation) et de simulation (interopérabilité de simulateurs) n'est pas propre aux seuls réseaux ambiants et celle-ci s'inscrit dans le domaine plus vaste de l'étude des systèmes complexes.Cette thèse se propose d'aborder les questions de réutilisation et de couplage des outils de modélisation et de simulation sous l'angle des systèmes multi-agents et d'inscrire les solutions à la fois d'ingénierie logicielle, de simulation distribuée, de multi-modélisation dans un cadre multi-agent générique et homogène : le méta-modèle AA4MM. L'idée fondatrice est de créer une société de modèles, de simulateurs et de logiciels de simulation (que l'on nommera blocs MSL) afin d'intégrer plusieurs niveaux d'abstraction dans une même modélisation et simulation. AA4MM propose une approche multi-agent homogène qui permet de facilement réutiliser des blocs MSL, de les rendre interopérable et de les coupler de manière modulaire. AA4MM permet également au modélisateur de clairement spécifier les changements d'échelles. AA4MM propose une méthode de simulation totalement décentralisée. Au niveau des aspects théoriques du méta-modèle AA4MM, nous avons proposé une preuve formelle de l'algorithme de simulation décentralisée. Nous avons également appliqué AA4MM à un cas d'étude pédagogique en couplant ensemble plusieurs instances de NetLogo (un outil de simulation répandu). Nous avons également appliqué AA4MM aux réseaux ambiants et à notre question initiale sur les influences mutuelles entre performances du réseau et comportements des usagers. Dans ce contexte, nous avons pu réutiliser des simulateurs existants qui n'étaient pas prévus pour interagir afin d'aborder les phénomènes d'influences mutuelles entre performances des réseaux et comportements de leurs usagers. / This work has been done between the fields of ubiquitous networks and multi-agent based simulation. The main context is to study mutual influences existing between ubiquitous network performances and their users behaviours. We have highlighted the need for reusing and coupling modelling and simulation softwares together in order to simultaneously integrate several abstraction levels in the study. We target those needs by a multiagent approach and we propose a metamodel : AA4MM. The core idea in AA4MM is to build a society of models, simulators and simulation softwares that solves the core challenges of multimodelling and simulation coupling in an homogeneous perspective. AA4MM major contributions are the possibility to easily reuse, to make interoperable and modular existing heterogeneous models and softwares, to manage scale changes and a simulation algorithm fully decentralized. We apply this metamodel to the field of ubiquitous networks in order to target the question of mutual influences between networks performances and users behaviours.

Les chaînes plissées d'avant-pays sont des objets géologiques qui se forment dans un contexte compressif et représentent la partie externe des orogènes.Elles sont composées de nombreuses structures plissées associées à des chevauchements généralement enracinés au sein d'un niveau de décollement peu profond situé dans la partie basale de la couverture sédimentaire. Ces objets géologiques ont été beaucoup étudiés au XXème siècle.Ils ont été modélisés cinématiquement, analogiquement et mécaniquement.S’il est indispensable de tenir compte de l’aspect mécanique en géologie structurale, les modèles mécaniques restent cependant trop peu utilisés par le géologue structuraliste.L'objectif de cette thèse est de montrer comment apporter des contraintes mécaniques à l'étude des structures géologiques, grâce à une théorie mécanique facilement utilisable en géologie structurale.Cette théorie, le calcul à la rupture (Limit Analysis), représente en effet un bon intermédiaire entre les modèles cinématiques et les modèles mécaniques en éléments finis, très complets mais relativement complexes d'utilisation.Nous étudions ici des exemples appartenant à la chaîne plissée d’avant-pays du Jura et utilisons les logiciels Optum G2 et SLAMTec.Nous procédons alors selon deux approches. La première approche, présentée en première partie de ce manuscrit consiste à étudier la déformation passée.Nous nous focalisons sur la région de Saint-Ursanne dans le Nord-Est du Jura, en Suisse et réalisons dans un premier temps une coupe géologique d'une structure que nous étendons ensuite en 3D via une série de coupes balayant l'ensemble de la zone d'étude.Pour réaliser ces coupes nous utilisons à la fois des principes d’équilibrage cinématique, des modélisations mécaniques par calcul à la rupture et des modélisations analogiques en boîte à sable.Nous montrons ainsi l’importance de l’héritage tectonique sur la mise en place des structures de cette région et modélisons mécaniquement l’influence d’un décalage du niveau de décollement par une faille normale héritée, lors d’un épisode compressif ultérieur.Nous montrons alors que ce décalage représente un générateur de failles ainsi qu’un point d’accroche qui ralenti la propagation du front de déformation, contrôlant par ailleurs la direction de la structure qui se développera.Nous montrons également que la topographie joue un rôle majeur dans la mise en place des structures géologiques.Dans la deuxième partie du manuscrit nous abordons une seconde approche qui consiste à étudier la déformation actuelle.Nous changeons cette fois-ci d’échelle pour nous intéresser à la tectonique actuelle de l’ensemble du Jura.Nos modélisations prédisent que cette chaîne plissée, formée par une tectonique de couverture, est aujourd’hui partiellement affectée par une tectonique de socle.Alors que la partie ouest du Jura serait toujours affectée par une tectonique de couverture, le socle devrait aujourd’hui être impliqué dans la déformation au niveau de la partie nord-est.Nous montrons cependant qu’une tectonique de socle n’empêche pas l’activation simultanée des niveaux de décollements situés dans la couverture (les évaporites triasiques, dans le cas du Jura).L’intérêt pratique de ces méthodes est illustré par des questions industrielles : le dernier chapitre présente une étude des coupes géologiques d’un terrain d’étude de la Nagra, situé dans l’est du Jura.Nous regardons la réponse mécanique actuelle en compression de l’interprétation structurale proposée.Les outils numériques utilisés dans l’ensemble de ce travail ont, par ailleurs, fait l’objet d’un tutoriel réalisé dans le cadre d’une mission au sein de l’entreprise Total. / Fold-and-thrust-belts form in a compressive geological context and represent the external part of orogens.They are composed of numerous folds and thrusts generally rooted in a shallow décollement level located in the basal part of the sedimentary cover.These belts have been studied extensively during the XX century. They have been modeled kinematically, analogically and mechanically.The mechanical aspect of deformation must be taken into account in structural geology, but yet, mechanical models remain underused by the structural geologist.The objective of this thesis is to show how to bring mechanical constraints to the study of geological structures with a mechanical theory easily usable in structural geology, the Limit Analysis.This theory represents a good compromise between the kinematic models and the finite element mechanical models, very complete but relatively complicated to use.We study here examples from the Jura fold-and-thrust belt and use the softwares Optum G2 and SLAMTec.We proceed with two different approaches.The first one is presented in the first part of this manuscript and consists in studying the past deformation.We focus on Saint-Ursanne area, in the North-East Switzerland Jura.We construct first a 2D geological cross section of the Mont Terri structure and then we extend this work in 3D by a series of cross sections that scan the whole Saint Ursanne area.These cross-sections are drawn using kinematical rules, mechanical modeling with Limit Analysis and analog sandbox modeling.We show the importance of the tectonic inheritance on the onset of structures in the studied region and we mechanically model the influence of a décollement offset due to an inherited normal fault during a subsequent compressive episode.We show that this offset represents a “fault generator” and a catching point that slows the propagation of the deformation front and furthermore controls the orientation of the structure that develops.We also show that the topography plays a major role in the establishment of geological structures.In the second part of the manuscript we follow a second approach that consists in studying the current deformation.We change of scale and study the current tectonics of the entire Jura.Our models predict that this belt, formed in thin-skin tectonics, is currently partially affected by thick-skin tectonics.The western Jura would be still affected by a thin-skin tectonics, but the basement should be involved in the deformation in the north-east Jura.However, we show that a thick-skin tectonics does not preclude the simultaneous activation of the shallower décollements contained by the sedimentary cover (Triassic evaporites, in the Jura).Practical interest of these methods is illustrated by industrial questions: the last chapter presents a study of geological cross-sections from a studied area of Nagra in the eastern Jura.We look at the current mechanical answer under compression of the proposed structural interpretations.The numerical tools used in this work have been the subject of a tutorial made during a mission at Total company.

Les approches de simulation classiques ne sont en général pas adaptées pour traiter les aspects de complexité que présentent les systèmes complexes tels que l'émergence ou l'adaptation. Dans cette thèse, l'auteur s'appuie sur ses travaux menés dans le cadre d'un projet de simulation sur l’épidémie de grippe en France associée à des interventions sur une population en considérant le phénomène étudié comme un processus diffusif sur un réseau complexe d'individus, l'originalité réside dans le fait que la population y est considérée comme un système réactif. La modélisation de tels systèmes nécessite de spécifier explicitement le comportement des individus et les réactions de ceux-cis tout en produisant un modèle informatique qui doit être à la fois flexible et réutilisable. Les diagrammes d'états sont proposés comme une approche de programmation reposant sur une modélisation validée par l'expertise. Ils correspondent également à une spécification du code informatique désormais disponibles dans les outils logiciels de programmation agent. L'approche agent de type bottom-up permet d'obtenir des simulations de scénario "what-if" où le déroulement des actions peut nécessiter que les agents s'adaptent aux changements de contexte. Cette thèse propose également l'apprentissage pour un agent par l'emploi d'arbre de décision afin d'apporter flexibilité et lisibilité pour la définition du modèle de comportement des agents et une prise de décision adaptée au cours de la simulation. Notre approche de modélisation computationnelle est complémentaire aux approches traditionnelles et peut se révéler indispensable pour garantir une approche pluridisciplinaire validable par l'expertise. / Traditional approaches are not sufficient, and sometimes impossible in dealing with complexity issues such as emergence, self-organization, evolution and adaptation of complex systems. As illustrated in this thesis by the practical work of the author in a real-life project, the spreading of infectious disease as well as interventions could be considered as difusion processes on complex networks of heterogeneous individuals in a society which is considered as a reactive system. Modeling of this system requires explicitly specifying of each individual’s behaviors and (re)actions, and transforming them into computational model which has to be flexible, reusable, and ease of coding. Statechart, typical for model-based programming, is a good solution that the thesis proposes. Bottom-up agent based simulation finds emergence episodes in what-if scenarios that change rules governing agent’s behaviors that requires agents to learn to adapt with these changes. Decision tree learning is proposed to bring more flexibility and legibility in modeling of agent’s autonomous decision making during simulation runtime. Our proposition for computational models such as agent based models are complementary to traditional ones, and in some case they are unique solutions due to legal, ethical issues.

Les circonstances pouvant conduire à un rejet incontrôlé de polluants dans l'atmosphère sont variées : il peut s'agir de situations accidentelles, par exemples des fuites ou explosions sur un site industriel, ou encore de menaces terroristes : bombe sale, bombe biologique, notamment en milieu urbain. Face à de telles situations, les objectifs des autorités sont multiples : prévoir les zones impactées à court terme, notamment pour évacuer les populations concernées ; localiser la source pour pouvoir intervenir directement sur celle-ci ; enfin déterminer les zones polluées à plus long terme, par exemple par le dépôt de polluants persistants, et soumises à restriction de résidence ou d'utilisation agricole. Pour atteindre ces objectifs, des modèles numériques peuvent être utilisés pour modéliser la dispersion atmosphérique des polluants. Après avoir rappelé les processus physiques qui régissent le transport de polluants dans l'atmosphère, nous présenterons les différents modèles à disposition. Le choix de l'un ou l'autre de ces modèles dépend de l'échelle d'étude et du niveau de détails (topographiques notamment) désiré. Nous présentons ensuite le cadre général (bayésien) de la modélisation inverse pour l'estimation de sources. Le principe est l'équilibre entre des informations a priori et des nouvelles informations apportées par des observations et le modèle numérique. Nous mettons en évidence la forte dépendance de l'estimation du terme source et de son incertitude aux hypothèses réalisées sur les statistiques des erreurs a priori. Pour cette raison nous proposons plusieurs méthodes pour estimer rigoureusement ces statistiques. Ces méthodes sont appliquées sur des exemples concrets : tout d'abord un algorithme semi-automatique est proposé pour la surveillance opérationnelle d'un parc de centrales nucléaires. Un second cas d'étude est la reconstruction des termes sources de césium-137 et d'iode-131 consécutifs à l'accident de la centrale nucléaire de Fukushima Daiichi. En ce qui concerne la localisation d'une source inconnue, deux stratégies sont envisageables : les méthodes dites paramétriques et les méthodes non-paramétriques. Les méthodes paramétriques s'appuient sur le caractère particulier des situations accidentelles dans lesquelles les émissions de polluants sont généralement d'étendue limitée. La source à reconstruire est alors paramétrisée et le problème inverse consiste à estimer ces paramètres, en nombre réduit. Dans les méthodes non-paramétriques, aucune hypothèse sur la nature de la source (ponctuelle, localisée, ...) n'est réalisée et le système cherche à reconstruire un champs d'émission complet (en 4 dimensions). Plusieurs méthodes sont proposées et testées sur des situations réelles à l'échelle urbaine avec prise en compte des bâtiments, pour lesquelles les méthodes que nous proposons parviennent à localiser la source à quelques mètres près, suivant les situations modélisées et les méthodes inverses utilisées / Uncontrolled releases of pollutant in the atmosphere may be the consequence of various situations : accidents, for instance leaks or explosions in an industrial plant, or terrorist attacks such as biological bombs, especially in urban areas. In the event of such situations, authorities' objectives are various : predict the contaminated zones to apply first countermeasures such as evacuation of concerned population ; determine the source location ; assess the long-term polluted areas, for instance by deposition of persistent pollutants in the soil. To achieve these objectives, numerical models can be used to model the atmospheric dispersion of pollutants. We will first present the different processes that govern the transport of pollutants in the atmosphere, then the different numerical models that are commonly used in this context. The choice between these models mainly depends of the scale and the details one seeks to take into account.We will then present the general framework of inverse modeling for the estimation of source. Inverse modeling techniques make an objective balance between prior information and new information contained in the observation and the model. We will show the strong dependency of the source term estimation and its uncertainty towards the assumptions made on the statistics of the prior errors in the system. We propose several methods to estimate rigorously these statistics. We will apply these methods on different cases, using either synthetic or real data : first, a semi-automatic algorithm is proposed for the operational monitoring of nuclear facilities. The second and third studies concern the source term estimation of the accidental releases from the Fukushima Daiichi nuclear power plant. Concerning the localization of an unknown source of pollutant, two strategies can be considered. On one hand parametric methods use a limited number of parameters to characterize the source term to be reconstructed. To do so, strong assumptions are made on the nature of the source. The inverse problem is hence to estimate these parameters. On the other hand non-parametric methods attempt to reconstruct a full emission field. Several parametric and non-parametric methods are proposed and evaluated on real situations at a urban scale, with a CFD model taking into account buildings influence on the air flow. In these experiments, some proposed methods are able to localize the source with a mean error of some meters, depending on the simulated situations and the inverse modeling methods

La modélisation à l'aide de croquis a pour but de construire une forme tridimensionnelle à partir d'un dessin en deux dimensions. L'utilisateur dessine la silhouette de l'objet à reconstruire sur le plan de dessin, puis un algorithme génère automatiquement une forme en 3D à partir de ce croquis. La modélisation par croquis à l’avantage d’être plus simple et plus rapide que la modélisation classique qui requiert l’utilisation de logiciels complexes comme 3DS Max, Maya, Blender, etc. Les applications liées à la modélisation par croquis seraient nombreuses : dans le domaine de l'infographie, la modélisation géométrique pour les jeux vidéo le dessin industriel, les effets spéciaux, etc., serait plus rapide et moins coûteuse. La modélisation à l’aide de croquis pourrait être utilisée par tout le monde. Nous avons tous, un jour ou l’autre, fait un croquis pour expliquer le chemin à prendre pour aller à un lieu précis, un croquis pour l’agencement d’une cuisine et d’une salle de séjour, ou un croquis pour expliquer le fonctionnement d’une machine, etc. Dans ce mémoire de thèse, nous nous intéressons dans un premier temps au problème de la génération de courbes en 3D constituées d’hélices à partir de croquis. Nous présentons deux algorithmes qui traitent ce problème. Puis dans un second temps, nous nous intéressons à la génération de surfaces à partir de croquis et plus particulièrement à la génération de bas-reliefs, ces surfaces ayant l’avantage de ne pas présenter de parties cachées. / The goal of sketch based modeling is to generate a 3D shape from a 2D sketch. The user draw the outline of the object to rebuild on the sketch plane, then an algorithm automatically build the 3D shape from the sketch. Sketch based modeling is easier to use and faster than traditional technics which uses complex modeling software such as 3DS max, Maya or Blender. There is a lot of applications for sketch based modeling, for example, the geometric modeling for video games, industrial design, special effects, etc. would be faster and less expensive. Sketch based modeling can be used by anybody. We all , at one time or another , made a sketch to explain a route to take to get to a specific place , a sketch for the arrangement of a kitchen and a living room, or sketches to explain the operation of a machine, etc. In this thesis memory, we look initially to the problem of generating piecewise helix curves from 2D sketches . We present two algorithms that address this problem. Then in a second step, we focus on the generation of 3D surfaces from sketches and more particularly to the generation of low reliefs, these surfaces have the advantage of not presenting hidden parts.

The aim of the current work is to investigate a series of new subgrid models by employing the Kolmogorov equation of ltered quantities (KEF), which is an exact relation of turbulence in physical space. Different formulations of KEF are derived, including the forms in velocity eld (homogeneous isotropic turbulence, inhomogeneous anisotropic turbulence, homogeneous shear turbulence, homogeneous rotating turbulence), in scalar turbulence and in magnetohydrodynamic turbulence. The corresponding subgrid models are then formulated, for example: - The multi-scale improvement of CZZS model. - A new anisotropic eddy-viscosity model in homogeneous shear turbulence. - The improved velocity increment model (IVI). - The rapid-slow analysis and model application in inhomogeneous anisotropic scalar turbulence. - The attempt in magnetohydrodynamic (MHD) turbulence. Besides, there are also other important conclusions in this thesis: - The anisotropic effect of mean shear in physical space is analyzed. - Analytical corrections to the scaling of the second-order structure function in isotropic turbulence in introduced. - It is shown that the two-point distance of velocity increment must be much larger than the lter size, in order to satisfy the classical scaling law. Otherwise, the classical scaling law can not be directly applied in subgrid modeling. - A thought-experiment is described to analyse the time-reversibility problem of subgrid models. - A rapid algorithm for Tophat lter operator in discrete eld is introduced.