Les convertisseurs de puissance structurés autour de puces de puissance (IGBT, MOSFET, diodes, ...) sont de plus en plus sollicités dans les systèmes de transport, du ferroviaire à l'aéronautique, en passant par l'automobile. Dans toutes ces applications, la fiabilité des composants constitue encore un point critique. C'est notamment le cas dans la chaîne de traction de véhicules électriques (VE) et hybrides (VH, où les puces sont souvent exposées à de fortes contraintes électriques, thermiques et mécaniques pouvant conduire à la défaillance. Dans ce contexte, l'amélioration des connaissances sur les effets des dégradations des composants semi-conducteurs de puissance et leurs assemblages dus au stress électrothermiques et thermomécaniques est incontournable. En particulier sur la puce semi-conductrice elle-même, siège d'interactions physiques importantes, et en son voisinage immédiat. Les objectifs de la thèse sont de mettre en lumière les stress électro-thermiques et mécaniques dans les puces et leurs effets sur la puce et son voisinage immédiat et à évaluer les effets de dégradations à l'aide de modèles distribués. Les travaux comportent ainsi deux volets. Un volet expérimental original visant la caractérisation électrothermique de puce de puissance (IGBT et diode) sur la base de micro-sections. La piste suivie par cette approche devrait permettre de rendre possible la caractérisation d'un certain nombre de grandeurs physiques (thermiques, électriques et mécaniques) sur les tranches sectionnées des puces sous polarisation (en statique, voire en dynamique) et ainsi contribuer à l'amélioration des connaissances de leur comportement. Ainsi, des cartographies de distributions verticales de température de puce IGBT et diode et de contraintes mécaniques sont présentées. C'est à notre connaissance une voie originale qui devrait permettre de d’ouvrir un large champ d'investigation dans le domaine de la puissance.Le second volet est théorique et consiste à mettre en place un modèle électrothermique distribué de puce IGBT. Cette modélisation comme nous l'envisageons implique de coupler dans un unique environnement (Simplorer) une composante thermique et une composant électrique. Le développement choisi passe par l'utilisation de modèle physique d'IGBT tels que celui de Hefner. Ce modèle est ensuite appliqué pour étudier le rôle et les effets du vieillissement de la métallisation de puce lors de régimes électriques extrêmes répétitifs tels que les courts-circuits. Un aspect original du travail est la démonstration par analyse numérique du mode de défaillance par latch-up dynamique à l'instant de la commande d'ouverture du courant de court-circuit. Ce phénomène bien qu'ayant été observé lors de vieillissement d'IGBT par répétition de courts-circuits n'avait à notre connaissance pas encore été simulé. La modélisation distribuée de la puce et la simulation du phénomène nous a ainsi permis de vérifier certaines hypothèses. / Power modules, organized around power chips (IGBT, MOSFET, diodes, …), are increasingly needed for transportations systems such a rail, aeronautics and automobile. In all these application, power devices reliability is still a critical point. This is particularly the case in the powertrain of hybrid or electric vehicle in which power chips are often subjected to very high electrical and thermal stress levels such as hybrid or electric vehicle, power devices are subjected to very high electrical, thermal and mechanical stress levels which may affect their reliability.Thus, the ability to analyze the coupled phenomena and to accurately predict degradation mechanisms in power semiconductors and their effects due to electro-thermal and thermo-mechanical stress is essential. Especially on the semiconductor chip where significant physical interactions occur and its immediate vicinity. The aim of this work is to highlight the electro-mechanical and thermal stress and their effects on the semiconductor chip and its immediate vicinity, by evaluating the effects of damage using distributed models. This work consists of two parts :An original experimental approach concerning the elctro-thermal characterization of cross section power chips (IGBT and diodes). In this approach, it is exposed for the first time, an original way to characterize vertical thermal distributions inside high power silicon devices under forward bias. Thus, the vertical mapping of temperature and mechanical stress of IGBT and diode chip are presented. The impact of this work that is opens a wide field of investigations in high power semiconductor devices. The second part is theoretical and aims to implementing a distributed electro-thermal model of IGBT chip.The modeling strategy consists on a discretization of the power semiconductor chip in macro-cells with a distributed electro-thermal behavior over the chip area. In case of the IGBT devices each macro-cell is governed by the Hefner model and electrically linked by their terminals. Temperature variable used in these macro-cells are obtained by a nodal 3D-RC thermal model. This allows the distributed electro-thermal problem to be solved homogeneously and simultaneously by a circuit solver such as Simplorer. The aim of this model is to allow the accurate analysis of some effects ine the electrical and thermal coupling over the chip. Especially, this model should allow explaining some effects such as the contacts position over the die metallization and the ageing of the emitter metallization of the chip. In a first step, the model is used to clarify how the current and the temperature map are distributed over the chip according to the relative positions between cells and wire bond contacts on the top-metal during short-circuit operation. In a second step, we will show how dynamic latch-up failures may occur when trying to turn-off a short circuit process.

Les panneaux photovoltaïques ont pris ces dernières années une place importante dans le secteur de l’énergie. Les performances de ces panneaux dépendent notamment de la qualité et de l’homogénéité du silicium utilisé et des impuretés qu’il contient. Pour obtenir du silicium photovoltaïque, on peut utiliser un procédé de solidification dirigée afin d’obtenir un lingot de silicium de grade photovoltaïque à partir de silicium de grade métallurgique. Cette approche reste aujourd’hui difficile à simuler efficacement en raison de l’aspect multi-échelle du procédé et du suivi de l’interface mobile avec des transferts de masse et de chaleur à l’interface solide/liquide. Cette thèse présente la mise en œuvre d’une méthode originale de maillage glissant proposée pour réaliser un suivi adaptatif de l’interface mobile, afin d’améliorer l’efficacité des simulations. Dans un premier temps, la modélisation de la solidification dirigée d’un corps pur avec un tel maillage glissant est validée à l’aide d’une solution analytique dans une configuration diffusive de référence. L’impact de la méthode proposée est ensuite étudié dans une configuration de type Bridgman vertical en présence de convection naturelle dans la phase liquide. Dans un second temps, on s’intéresse à la ségrégation des impuretés dans cette même configuration. Pour cela, on propose une modélisation spécifique du rejet d’impuretés à l’interface, et on étudie l’impact sur les simulations de la méthode de maillage glissant proposée. Les résultats et les gains de performance pour les simulations sont discutés en faisant varier des paramètres de calcul et par comparaison avec des données de la littérature. / In recent years, photovoltaic panels took a key role in the energy sector. The efficiency of these panels depends notably on the quality of the processed silicon ingots and on their homogeneity regarding the impurities they include. In order to process photovoltaic silicon, one can use a directional solidification process to obtain a solar grade silicon ingot from a metallurgical grade silicon feedstock. This approach is still nowadays hard to simulate with efficiency because of the multi-scales aspects of the process and because of the front tracking of the interface, where some heat and mass transfer occurs. This thesis presents the implementation of an original moving mesh method, proposed in order to perform an adaptive front tracking of the moving interface. The aim is to improve the efficiency of the numerical simulations. In a first time, the directional solidification model of a pure substance with such a moving mesh is validated against an analytical solution based on a purely diffusive reference configuration. The influence of the proposed method is then studied on a vertical Bridgman configuration with natural convection in the liquid phase. In a second time, the segregation of impurities is considered in the same configuration. For this study, a specific model for the rejection of impurities is proposed at the solid/liquid interface, and the influence of the proposed moving mesh method on the results is as well explored. Finally, the results and the performance improvements for the numerical simulations are discussed through variations of the calculation parameters and through comparisons against data from the literature.

La surveillance de la qualité de l'air est actuellement effectuée avec des mesures de concentration et à partir d'outils de modélisation de la dispersion atmosphérique. Ces modèles numériques évaluent les concentrations des polluants avec une résolution spatio-temporelle plus fine que les mesures. Néanmoins, les estimations fournies par ces modèles sont moins précises que les mesures. Dans ce projet de recherche, nous avons étudié les approches de couplage d'échelles et d'assimilation de données pour améliorer les estimations fournies par le modèle de dispersion atmosphérique SIRANE, dédié à l'échelle urbaine. L'approche de couplage d'échelles consiste à déterminer les conditions aux limites d'une simulation à partir d'une autre simulation à plus grande échelle. Au cours de ce travail de thèse, nous avons analysé trois méthodes afin de coupler le modèle urbain SIRANE et le modèle à méso-échelle CHIMERE. Cette étude montre que ces méthodes permettent potentiellement d'estimer la qualité de l'air à l'échelle urbaine de manière plus satisfaisante que les modèles à méso-échelle (utilisés seuls). Cependant, elles n'améliorent pas forcément la modélisation des conditions aux limites d'une simulation à l'échelle urbaine et les estimations fournies par celles-ci. Cela est a priori lié au fait que les estimations fournies par le modèle CHIMERE ne sont pas suffisamment satisfaisantes sur notre cas d'étude. Il est néanmoins possible que ces méthodes améliorent les résultats à l'échelle urbaine en utilisant une simulation à l'échelle régionale de meilleure qualité. L'approche d'assimilation de données consiste à combiner les mesures et les données modélisées afin de déterminer la meilleure estimation de l'état d'un système. Durant cette thèse, nous avons étudié trois méthodes d'assimilation de données : la méthode de débiaisement, la méthode que nous avons nommée modulation de la contribution des sources et la méthode Best Linear Unbiased Estimator. Cette étude indique que ces méthodes permettent globalement d'améliorer les estimations fournies par le modèle SIRANE. L'étude de sensibilité vis-à-vis du nombre de mesures utilisées lors de l'assimilation de données indique qu'en général, plus ce nombre est élevé plus les résultats sont satisfaisants. Enfin, les résultats montrent que les performances statistiques associées à ces trois méthodes d'assimilation de données sont globalement comparables entre elles sur notre cas d'étude. / Air quality monitoring is currently carried out with concentration measurements and with atmospheric dispersion modeling tools. These numerical models evaluate pollutant concentrations with a finer spatio-temporal resolution than measurements. Nevertheless, the estimates provided by these models are less accurate than measurements. In this research project, we studied multiscale coupling and data assimilation approaches to improve the estimates provided by the SIRANE atmospheric dispersion model, dedicated to the urban scale. The multiscale coupling approach consists in determining the boundary conditions of a simulation from another simulation on a larger scale. In this thesis work, we analyzed three methods for coupling the SIRANE model with the CHIMERE mesoscale model. This study shows that these methods can potentially estimate the air quality at the urban scale more satisfactorily than the mesoscale models (used alone). However, they do not necessarily improve the modeling of the boundary conditions of a simulation at the urban scale and the estimates provided by them. This is a priori due to the fact that the estimates provided by the CHIMERE model are not sufficiently good on our case study. It is possible, however, that these methods improve the results at the urban scale by using a better simulation at the regional scale. The data assimilation approach consists of combining the measurements and the modelled data to determine the best estimate of the system state. During this thesis, we studied three data assimilation methods : the unbiased method, the method that we called source apportionment modulation, and the Best Linear Unbiased Estimator method. This study indicates that these methods generally improve the estimates provided by the SIRANE model. The sensitivity study on the number of measurements used during the data assimilation indicates that, in general, higher is this number, more satisfactory are the results. Finally, the results show that the statistical performances associated with these three data assimilation methods are globally comparable on our case study.

La pyrolyse rapide est une des voies de conversion thermochimique qui permet la transformation de biomasse lignocellulosique en bio-huiles. Ces bio-huiles, différentes des coupes lourdes du pétrole ne peuvent pas être directement mélangés dans les procédés de valorisation. En effet, en raison de leur forte teneur en oxygène, les bio-huiles nécessitent une étape de pré-raffinage, telle que l’hydrotraitement, pour éliminer ces composants.L’objectif de ce travail est de comprendre la structure, la composition et la réactivité de la bio-huile grâce à la modélisation de données expérimentales. Pour comprendre leur structure et leur composition, des techniques de reconstruction moléculaire basées sur des données analytiques, ont été appliquées, générant un mélange synthétique, dont les propriétés correspondent à celles du mélange. Pour comprendre leur réactivité, l'hydrotraitement de molécules modèles a été étudié: gaïacol et furfural. Pour cela, un modèle déterministe et stochastique a été créé pour chacun d’eux. L’approche déterministe visait à récupérer une gamme de paramètres cinétiques, qui ont ensuite été affinés par l’approche stochastique créant un nouveau modèle. Cette approche a permis de générer un réseau de réactions en définissant et en utilisant un nombre limité de familles et règles des réactions. Finalement, le mélange synthétique a été utilisé dans la simulation stochastique de l’hydrotraitement de la bio-huile, étayée par la cinétique des molécules modèles.En conclusion, ce travail a permis de recréer la fraction légère de la bio-huile et de simuler leur l'hydrotraitement, via les paramètres cinétiques des composés modèles, qui prédisent de manière raisonnable les effluents de l'hydrotraitement de celles-ci, mais sont inadéquat pour le bio-huile / Fast pyrolysis is one of the thermochemical conversion routes that enable the transformation of solid lignocellulosic biomass into liquid bio-oils. These complex mixtures are different from oil fractions and cannot be directly integrated into existing petroleum upgrading facilities. Indeed, because of their high levels of oxygen compounds, bio-oils require a dedicated pre-refining step, such as hydrotreating, to remove these components.The aim of the present work is to understand the structure, composition and reactivity of bio-oil compounds through modeling of experimental data. To understand the structure and composition, molecular reconstruction techniques, based on analytical data, were applied generating a synthetic mixture, whose properties are consistent with the mixture properties. To understand the reactivity, the hydrotreating of two model molecules was studied: Guaiacol and Furfural. A deterministic and stochastic model were created for each compounds. The deterministic approach intended to retrieve a range of kinetic parameters, later on refined by the stochastic simulation approach into a new model. This approach generates an reaction network by defining and using a limited number of reaction classes and reaction rules. To consolidate the work, the synthetic mixture was used in the stochastic simulation of the hydrotreating of bio-oils, supported by the kinetics of the model compounds.In sum, the present work was able to recreate the light fraction of bio-oil and simulate the hydrotreating of bio-oils, via the kinetic parameters of model compounds, which can reasonably predict the effluents of the hydrotreating of these, but are unsuitable for bio-oil.Fast pyrolysis is one of the thermochemical conversion routes that enable the transformation of solid lignocellulosic biomass into liquid bio-oils. These complex mixtures are different from oil fractions and cannot be directly integrated into existing petroleum upgrading facilities. Indeed, because of their high levels of oxygen compounds, bio-oils require a dedicated pre-refining step, such as hydrotreating, to remove these components.The aim of the present work is to understand the structure, composition and reactivity of bio-oil compounds through modeling of experimental data. To understand the structure and composition, molecular reconstruction techniques, based on analytical data, were applied generating a synthetic mixture, whose properties are consistent with the mixture properties. To understand the reactivity, the hydrotreating of two model molecules was studied: Guaiacol and Furfural. A deterministic and stochastic model were created for each compounds. The deterministic approach intended to retrieve a range of kinetic parameters, later on refined by the stochastic simulation approach into a new model. This approach generates an reaction network by defining and using a limited number of reaction classes and reaction rules. To consolidate the work, the synthetic mixture was used in the stochastic simulation of the hydrotreating of bio-oils, supported by the kinetics of the model compounds.In sum, the present work was able to recreate the light fraction of bio-oil and simulate the hydrotreating of bio-oils, via the kinetic parameters of model compounds, which can reasonably predict the effluents of the hydrotreating of these, but are unsuitable for bio-oil

La gestion prévisionnelle des réseaux de distribution imposée par les codes de réseaux européens nécessite une connaissance approfondie de leur comportement et implique de prendre en compte la volatilité des énergies renouvelables et les capacités de prévision à l’horizon J-1 de la consommation et de la production. En effet, les valeurs déterministes les plus probables des prévisions ne sont plus suffisantes pour pouvoir prédire et gérer à l’avance un réseau. Une modélisation et une optimisation stochastiques permettent un choix, au plus juste, de paramètres de contrôle.La thèse se concentre la prise en compte, dans la modélisation et l’optimisation, des incertitudes des réseaux de distribution. Une modélisation stochastique de réseau est proposée, elle intègre les incertitudes liées au régleur en charge et aux prévisions de consommation et de production. Les contrôleurs des générateurs, le régleur en charge et les gradins de condensateurs permettent de limiter les fluctuations des tensions des nœuds et de la puissance réactive à l’interface et de respecter les exigences contractuelles. Industriellement, les contrôleurs des générateurs sont caractérisés par des lois de commande linéaires ou linéaires par morceaux. En effectuant des hypothèses sur la nature stochastique des données, on peut montrer que les tensions aux nœuds sont des variables gaussiennes ou des sommes de variables gaussiennes par morceaux. Une optimisation stochastique basée sur ces modèles permet de choisir les paramètres des contrôleurs qui minimisent les risques de surtension et des efforts de générateurs, sans avoir à mettre en œuvre des méthodes coûteuses en temps de calcul de type Monte Carlo / The voltage profiles inside the network and power flows at the transport-distribution interface are modified under the massive insertion of renewable sources in distribution grids. The system’s uncertainties cannot be handled by local controllers which parameters are tuned at the actuator installation stage. A solution, widely accepted in the literature, consists of achieving a centralized optimization of the actuators references (distributed generators reactive powers, reference voltage of the On Load Tap Changer, capacitor banks reactive power). Within this framework, a supervisor computes all references at the same time and delivers the references to each actuators, which requires an efficient and reliable communication system.The main contribution of the thesis is to design an alternative approach which keeps the local control structures which settings will be updated on an hourly basis. The optimization relies on a stochastic representation of the grid that accounts for the On Load Tap Changer uncertainties and day ahead forecasts of the productions and consumptions. It is shown that every variable of the system can be represented by Gaussian or sum of truncated Gaussian variables. A stochastic optimization allows to select the controllers settings that minimize overvoltages and control efforts, without using time-consuming algorithms such as Monte-Carlo methods. This work will demonstrate that an appropriate management of uncertainties spares unnecessary and costly oversizing

Un système de recommandation a pour objectif de recommander à un utilisateur, appelé utilisateur actif, des ressources pertinentes pour lui. Le filtrage collaboratif (FC) est une approche de recommandation très répandue qui exploite les préférences exprimées par des utilisateurs sur des ressources. Le FC repose sur l'hypothèse que les préférences des utilisateurs sont cohérentes entre elles, ce qui permet d'inférer les préférences d'un utilisateur à partir des préférences des autres utilisateurs. Définissons une préférence spécifique comme une préférence qui ne serait partagée pour aucun groupe d'utilisateurs. Un utilisateur possédant plusieurs préférences spécifiques qu'il ne partage avec aucun autre utilisateur sera probablement mal servi par une approche de FC classique. Il s'agit du problème des Grey Sheep Users (GSU). Dans cette thèse, je réponds à trois questions distinctes. 1) Qu'est-ce qu'une préférence spécifique ? J'apporte une réponse en proposant des hypothèses associées que je valide expérimentalement. 2) Comment identifier les GSU dans les données ? Cette identification est importante afin d'anticiper les mauvaises recommandations qui seront fournies à ces utilisateurs. Je propose des mesures numériques permettant d'identifier les GSU dans un jeu de données de recommandation sociale. Ces mesures sont significativement plus performantes que celles de l'état de l'art. Enfin, comment modéliser ces GSU pour améliorer la qualité des recommandations qui leurs sont fournies ? Je propose des méthodes inspirées du domaine de l'apprentissage automatique et dédiées à la modélisation des GSU permettant d'améliorer la qualité des recommandations qui leurs sont fournies / A recommender system aims at providing relevant resources to a user, named the active user. To allow this recommendation, the system exploits the information it has collected about the active user or about resources. The collaborative filtering (CF) is a widely used recommandation approach. The data exploited by CF are the preferences expressed by users on resources. CF is based on the assumption that preferences are consistent between users, allowing a user's preferences to be inferred from the preferences of other users. In a CF-based recommender system, at least one user community has to share the preferences of the active user to provide him with high quality recommendations. Let us define a specific preference as a preference that is not shared by any group of user. A user with several specific preferences will likely be poorly served by a classic CF approach. This is the problem of Grey Sheep Users (GSU). In this thesis, I focus on three separate questions. 1) What is a specific preference? I give an answer by proposing associated hypotheses that I validate experimentally. 2) How to identify GSU in preference data? This identification is important to anticipate the low quality recommendations that will be provided to these users. I propose numerical indicators to identify GSU in a social recommendation dataset. These indicators outperform those of the state of the art and allow to isolate users whose quality of recommendations is very low. 3) How can I model GSU to improve the quality of the recommendations they receive? I propose new recommendation approaches to allow GSU to benefit from the opinions of other users

Les travaux de cette thèse s’inscrivent dans un projet de grande envergure, le projet 3D-IDEAS, financé par l’ANR. Le but de ce projet est d’établir la chaîne complète de l’intégration de circuits en technologie 3D. Les densités de puissance dans ces circuits sont telles que les problèmes liés à la température – électromigration, désappariement des courants et tensions de polarisation, etc. – sont susceptibles de remettre en cause la conception du circuit. Le coût élevé de la fabrication de ces circuits oblige le concepteur à valider le comportement électrothermique des circuits préalablement à l’envoi en fabrication. Pour répondre à ce besoin, un simulateur électrothermique précis et fiable doit être à disposition. En outre, en raison de la complexité extrême de ces circuits, il est judicieux que ce simulateur soit compatible avec l’approche de modélisation haut niveau. L’objectif de cette thèse est de développer un tel simulateur. La solution proposée intègre ce simulateur dans un environnement de développement CAO pour circuit intégré standard, Cadence®. La contrainte sur la précision des résultats nous a amené à développer une nouvelle méthodologie spécifique à la modélisation électrothermique haut-niveau. Ce manuscrit comporte deux grandes parties. Dans la première, la démarche adoptée pour concevoir le simulateur est détaillée. Ensuite, dans la seconde partie, le fonctionnement du simulateur ainsi que la méthode de modélisation haut-niveau mise en place sont présentées, puis validées. / The work of this thesis is part of a larger project, the project 3D-IDEAS, funded by the ANR. The purpose of this project is to establish the complete chain of integrated circuits built upon 3D technology. Power densities in these circuits are exacerbated, thus problems related to temperature, such as electromigration, mismatch of bias currents and voltages, etc., arise and might have critical effects on the circuit behavior. The high cost of these circuits requires the designer to validate the electro-thermal behavior of circuits prior to manufacturing. To meet this need, an accurate and reliable electro-thermal simulator should be available. Moreover, due to the extreme complexity of these circuits, it is wise for such a simulator to be compliant with high level modeling approach. The objective of this thesis is to develop such a simulator. The proposed solution integrates the simulator in the broadly used CAD environment for integrated circuits Cadence®. The need of accurate results led us to develop a new methodology specific to high level electro-thermal modeling. This manuscript is split in two major parts. In the first one, the approach to implement the simulator is detailed. Then, in the second part, the operation principle of the simulator and the modeling method implementation are detailed and validated.

La modélisation de la dynamique des objets spatio-temporels fait partie des sujets de recherche pour le suivi et l'interprétation des changements affectant le globe terrestre. Pour cela, l'exploitation des images satellitaires se présente comme un moyen efficace qui aide à l'étude de la dynamique des phénomènes spatio-temporels qui peuvent se produire sur la surface de la Terre notamment l'urbanisation, la déforestation, la désertification, etc. Divers modèles et approches ont été proposés pour modéliser les évolutions des objets spatio-temporels. Toutes fois, chaque modèle présente une capacité limitée pour capturer l'évolution des différentes caractéristiques de l'environnement, en plus la structure de représentation utilisée par chaque modèle ne permet pas de saisir complètement la sémantique de l'évolution d'un objet spatio-temporel. Les travaux de notre thèse s'intéressent à la modélisation de la dynamique des objets spatio-temporels pour l'interprétation des changements en imagerie satellitaire. En conséquence, nous avons proposé dans un premier temps une architecture ontologiques multi-niveaux pour la représentation et la modélisation des objets et des processus spatio-temporels dynamiques. Également, nous avons présenté une nouvelle stratégie d'interprétation sémantique de scènes d'images satellites pour l'interprétation de changements. Le cadre applicatif concerne l'interprétation sémantique d'une scène d'images satellites pour l'interprétation des phénomènes de changements, tels que l'urbanisation et la déforestation. Le résultat obtenu est une carte de changements qui pourra guider une meilleure gestion de l'utilisation/couverture des sols. / Modeling the dynamics of spatio-temporal objects is part of the research subjects for monitoring and interpretation of the changes affecting the Earth. Satellite images are an effective way for studying the dynamics of spatio-temporal phenomena, including urbanization, deforestation, flooding, desertification, and so on, that can occur on the surface of the Earth. Various models and approaches have been proposed to model the evolution of the spatio-temporal objects. However, each of these models has a limited ability to capture the evolution of the different characteristics of the environment, and the representation structure used by each model does not fully capture the semantics of the evolution of a spatio-temporal object. The works of our thesis interested in modeling the dynamics of spatio-temporal objects for changes interpretation in satellite imagery. Therefore, we proposed initially a multi-level ontological architecture for representation and modeling the dynamic of spatio-temporal objects and process. Also, we have presented a new semantic scene interpretation strategy for change interpretation in remote sensing imagery. The application Framework concerns the semantic interpretation of a satellite images scenes for change interpretation of phenomena, such as urbanization and deforestation. The result is a change map that can guide better management of the land use/cover.

Cette thèse s'inscrit dans un projet de modélisation numérique de la dispersion atmosphérique de polluants à travers le code de mécanique des fluides numérique Code_Saturne. L'objectif est de pouvoir simuler la dispersion atmosphérique de polluants en environnement complexe, c'est-à-dire autour de centrales, sites industriels ou en milieu urbain. Dans ce contexte, nous nous concentrons sur la modélisation de la dispersion des polluants à micro-échelle, c'est-à-dire pour des distances de l'ordre de quelques mètres à quelques kilomètres et correspondant à des échelles de temps de l'ordre de quelques dizaines de secondes à quelques dizaines de minutes : on parle de modélisation en champ proche. L’approche suivie dans ces travaux de recherche suit une formulation hybride eulérienne/lagrangienne, où les champs dynamiques moyens relatifs au fluide porteur (pression, vitesse, température, turbulence) sont calculés via une approche eulérienne et sont ensuite fournis au solveur lagrangien. Ce type de formulation est couramment utilisé dans la littérature atmosphérique pour son efficacité numérique. Le modèle lagrangien stochastique considéré dans nos travaux est le Simplified Langevin Model (SLM), développé par Pope (1985,2000). Ce modèle appartient aux méthodes communément appelées méthodes PDF (Probability Density Function), et, à notre connaissance, n'a pas été exploité auparavant dans le contexte de la dispersion atmosphérique. Premièrement, nous montrons que le SLM respecte le critère dit de mélange homogène (Thomson, 1987). Ce critère, essentiel pour juger de la bonne qualité d'un modèle lagrangien stochastique, correspond au fait que si des particules sont initialement uniformément réparties dans un fluide incompressible, alors elles doivent le rester. Nous vérifions le bon respect du critère de mélange homogène pour trois cas de turbulence inhomogène représentatifs d'une large gamme d'applications pratiques : une couche de mélange, un canal plan infini, ainsi qu'un cas de type atmosphérique mettant en jeu un obstacle au sein d'une couche limite neutre. Nous montrons que le bon respect du critère de mélange homogène réside simplement en la bonne introduction du terme de gradient de pression en tant que terme de dérive moyen dans le modèle de Langevin (Pope, 1987; Minier et al., 2014; Bahlali et al., 2018c). Nous discutons parallèlement de l'importance de la consistance entre champs eulériens et lagrangiens dans le cadre de telles formulations hybrides eulériennes/lagrangiennes. Ensuite, nous validons le modèle dans le cas d'un rejet de polluant ponctuel et continu, en conditions de vent uniforme et turbulence homogène. Dans ces conditions, nous disposons en effet d'une solution analytique nous permettant une vérification précise. Nous observons que dans ce cas, le modèle lagrangien discrimine bien les deux différents régimes de diffusion de champ proche et champ lointain, ce qui n'est pas le cas d'un modèle eulérien à viscosité turbulente (Bahlali et al., 2018b).Enfin, nous travaillons sur la validation du modèle sur plusieurs campagnes expérimentales en atmosphère réelle, en tenant compte de la stratification thermique de l'atmosphère et de la présence de bâtiments. Le premier programme expérimental considéré dans nos travaux concerne le site du SIRTA (Site Instrumental de Recherche par Télédétection Atmosphérique), dans la banlieue sud de Paris, et met en jeu une stratification stable de la couche limite atmosphérique. La seconde campagne étudiée est l'expérience MUST (Mock Urban Setting Test). Réalisée aux Etats-Unis, dans le désert de l'Utah, cette expérience a pour but de représenter une ville idéalisée, au travers d'un ensemble de lignées de conteneurs. Deux rejets ont été simulés et analysés, respectivement en conditions d'atmosphère neutre et stable (Bahlali et al., 2018a) / This Ph.D. thesis is part of a project that aims at modeling pollutant atmospheric dispersion with the Computational Fluid Dynamics code Code_Saturne. The objective is to simulate atmospheric dispersion of pollutants in a complex environment, that is to say around power plants, industrial sites or in urban areas. In this context, the focus is on modeling the dispersion at micro-scale, that is for distances of the order of a few meters to a few kilometers and corresponding to time scales of the order of a few tens of seconds to a few tens of minutes: this is also called the near field area. The approach followed in this thesis follows a hybrid Eulerian/Lagrangian formulation, where the mean dynamical fields relative to the carrier fluid (pressure, velocity, temperature, turbulence) are calculated through an Eulerian approach and are then provided to the Lagrangian solver. This type of formulation is commonly used in the atmospheric literature for its numerical efficiency. The Lagrangian stochastic model considered in our work is the Simplified Langevin Model (SLM), developed by Pope (1985,2000). This model belongs to the methods commonly referred to as PDF (Probability Density Function) methods, and, to our knowledge, has not been used before in the context of atmospheric dispersion. First, we show that the SLM meets the so-called well-mixed criterion (Thomson, 1987). This criterion, essential for any Lagrangian stochastic model to be regarded as acceptable, corresponds to the fact that if particles are initially uniformly distributed in an incompressible fluid, then they must remain so. We check the good respect of the well-mixed criterion for three cases of inhomogeneous turbulence representative of a wide range of practical applications: a mixing layer, an infinite plane channel, and an atmospheric-like case involving an obstacle within a neutral boundary layer. We show that the good respect of the well-mixed criterion lies simply in the good introduction of the pressure gradient term as the mean drift term in the Langevin model (Pope, 1987; Minier et al., 2014; Bahlali et al., 2018c). Also, we discuss the importance of consistency between Eulerian and Lagrangian fields in the framework of such Eulerian/Lagrangian hybrid formulations. Then, we validate the model in the case of continuous point source pollutant dispersion, under uniform wind and homogeneous turbulence. In these conditions, there is an analytical solution allowing a precise verification. We observe that in this case, the Lagrangian model discriminates well the two different near- and far-field diffusion regimes, which is not the case for an Eulerian model based on the eddy-viscosity hypothesis (Bahlali et al., 2018b).Finally, we work on the validation of the model on several experimental campaigns in real atmosphere, taking into account atmospheric thermal stratification and the presence of buildings. The first experimental program considered in our work has been conducted on the `SIRTA' site (Site Instrumental de Recherche par Télédétection Atmosphérique), in the southern suburb of Paris, and involves a stably stratified surface layer. The second campaign studied is the MUST (Mock Urban Setting Test) experiment. Conducted in the United States, in Utah's desert, this experiment aims at representing an idealized city, through several ranges of containers. Two cases are simulated and analyzed, respectively corresponding to neutral and stable atmospheric stratifications (Bahlali et al., 2018a)

La consommation énergétique dans le secteur bâtiment dépend de diverses facteurs parmi lesquels ses caractéristiques physique, ses équipements, l’environnement extérieur, etc… mais il ne faut pas oublier le comportement des habitants qui est déterminant pour la consommation énergétique globale. Or, la plupart des travaux et outils représentent les occupants par des profils d’occupation. Cette thèse s’intéresse à la représentation plus détaillée du comportement des occupants, en particulier les mécanismes cognitifs, réactifs et délibératifs. Le comportement dynamique des occupants est modélisé et co-simulé avec les aspects physiques et des éventuels systèmes de gestion énergétique. L’analyse de la consommation de différents équipements électroménagers met en évidence que le consommation énergétique est très dépendante des comportements des occupants. L’analyse des consommations et des actions des habitants permet d’élaborer un modèle du comportement des occupants impactant la consommation énergétique. Le modèle représente des mécanismes cognitifs, qui représente les causes qui motivent les actions, incluant des échange avec d’autres acteurs humains. Une approche à base d’agents logiciels a été développée. Outre les aspects techniques, une méthodologie de réglage des paramètres des modèles de comportement est proposée. Ces outils sont utilisés pour réaliser une co-simulation représentant la physique du bâtiment, le comportement réactif, c’est-à-dire sensible aux données physiques, et délibératif des habitants mais aussi un système de gestion énergétique qui peut ajuster directement la configuration du logement ou simplement conseiller ces occupants. L’impact de différents types de comportements, avec et sans gestionnaire énergétique est analysé. Ces travaux ouvrent de nouvelles perspectives dans la simulation bâtiment, dans la validation de gestionnaires énergétiques mais aussi dans la représentation des bâtiments dans les réseaux d’énergie dits intelligents, dans lesquels des signaux peuvent être envoyés aux utilisateurs finaux pour les inviter à moduler leur consommation. / Energy consumption in buildings is affected by various factors including its physical characteristics, the appliances inside, and the outdoor environment, etc. However, inhabitants’ behaviour that determines the global energy consumption must not be forgotten. In most of the previous works and simulation tools, human behaviour is modelled as occupancy profiles. In this thesis the focus is more on detailed behaviour representation, particularly the cognitive, reactive, and deliberative mechanisms. The inhabitants’ dynamic behaviour is modelled and co-simulated together with the physical aspects of a building and an energy management system. The analysis of different household appliances has revealed that energy consumption patterns are highly associated with inhabitants’ behaviours. Data analysis of inhabitants’ actions and appliances’ consumptions is used to derive a model of inhabitants’ behaviour that impacts the energy consumption. This model represents the cognitive mechanisms that provide causes that motivate the actions, including the communication with other inhabitants. An approach based on multi-agent systems is developed along with a methodology for parameter tuning in the proposed behaviour model. These tools are used to co-simulate, not only the physical characteristics of the building, the reactive behaviour that is sensitive to physical data, and deliberative behaviour of the inhabitants, but also the building energy management system. The energy management system allows the direct adjustment of the building parameters or simply giving advice to the inhabitants. The impact of different types of inhabitants’ behaviours, with and without the inclusion of an energy management system is analyzed. This work opens new perspectives not only in the building simulation and in the validation of energy management systems but also in the representation of buildings in the smart grid where signals can be sent to end users advising them to modulate their consumption.