La valorisation des options exotiques continues de façon "exacte" est très difficile (voire impossible) dans les modèles exponentiels de Lévy. En fait nous verrons que pour les options lookback et barrière digitale, et sous l'hypothèse que les sauts de l'actif sous-jacent sont tous négatifs, nous avons des formules semi-fermées. En général il faut recourir à des techniques qui permettent d'approcher les prix de ces dérivés, ce qui engendre des erreurs. Nous étudierons le comportement asymptotique de ces erreurs. Dans certains cas ces erreurs peuvent être corrigées de sorte à obtenir une convergence plus rapide vers la valeur "exacte" recherchée. Nous proposons aussi des méthodes permettant d'évaluer les prix des options exotiques par des techniques de Monte-Carlo / The exact valuation of continuous exotic options is very difficult (sometimes impossible) in exponential Lévy models. In fact, for lookback options and digital barrier, and assuming that the jumps of the underlying assets are all negative, we have semi-closed formulas. In general it is necessary to use numerical methods to approach the prices of these derivatives, which causes errors. We study the asymptotic behavior of these errors. In some cases these errors can be corrected so that to obtain a faster convergence to the fair value. We also propose some methods to evaluate the prices of exotic options by Monte Carlo techniques

Over the last few decades, radiotherapy using high-energy proton beams over the range from 50 MeV to 250 MeV has been increasingly used and developed. Indeed, it offers the possibility to focus the dose in a very narrow area around the tumor cells. The tumor control is improved compared to radiotherapy using photon beams and the healthy cells around the tumor are not irradiated since the range of charged particles is limited. However, due to nuclear reactions of the incident charged particles in the tissue, secondary high-energy radiations, essentially photons and neutrons, are produced and irradiate the treatment room.<p>As a consequence, thick concrete shielding walls are placed around the treatment room to ensure that other people and workers received a dose as small as possible. The dose measurement is performed with specific dosemeters such as the WENDI-II, which gives a conservative estimation of the ambient dose equivalent up to 5 GeV. The dose in working areas may also be estimated by means of numerical calculations by using simulation codes of particle transport such as the GEANT4, MCNPX, FLUKA and PHITS Monte Carlo codes.<p>Secondary particle yields calculated with Monte Carlo codes show discrepancies when different physical models are used but are globally in good agreement with experimental data from the literature. Neutron and photon doses decrease exponentially through concrete shielding wall but the neutron dose is definitely the main component behind a wall with sufficient thickness. Shielding parameters, e.g. attenuation coefficients, vary as functions of emission angle (regarding the incident beam direction), incident proton energy, and target material and composition.<p>The WENDI-II response functions computed by using different hadronic models show also some discrepancies. Thermal treatment of hydrogen in the polyethylene composing the detector is also of great importance to calculate the correct response function and the detector sensitivity.<p>Secondary particle sources in a proton therapy facility are essentially due to losses in cyclotron and beam interactions inside the energy selection system, with the treatment nozzle components and the target - patient or phantom. Numerical and experimental results of the dose in mazes show a good agreement for the most of detection points while they show large discrepancies in control rooms. Indeed, statistical consistency is reached with difficulty for both experimental and calculated results in control rooms since concrete walls are very thick in this case.<p>/<p>La radiothérapie utilisant des faisceaux de protons d’énergie entre 50 MeV et 250 MeV s’est largement développée ces dernières années. Elle a l’immense avantage de pouvoir concentrer la dose due au faisceau incident de manière très efficace et très précise sur la tumeur, en épargnant les éventuels organes sains et sensibles aux radiations situés aux alentours. Cependant, des rayonnements « secondaires » très énergétiques sont créés par les réactions nucléaires subies par les protons lors de leur parcours dans les tissus, et peuvent sortir du patient. Des blindages entourant la salle de traitement et suffisamment épais doivent être présents afin que la dose reçue par les personnes se trouvant aux alentours soit la plus faible possible. La mesure de la dose se fait avec des dosimètres spécifiques et sensibles aux rayonnements de haute énergie, tels que le WENDI-II pour les neutrons. L’estimation de cette dose, et donc la modélisation des blindages, se fait également avec des codes de simulation numérique de transport de particules par les méthodes de Monte Carlo, tels que GEANT4, MCNPX, FLUKA et PHITS.<p>La production de rayonnements secondaires calculée à l’aide de codes Monte Carlo montre des écarts significatifs lorsque différents modèles d’interactions physiques sont utilisés, mais est en bon accord avec des données expérimentales de référence. L’atténuation de la dose due aux neutrons et aux photons secondaires à travers un blindage composé de béton est exponentielle. De plus, la dose due aux neutrons est clairement la composante dominante au-delà d’une certaine épaisseur. Les paramètres d’atténuation, comme par exemple le coefficient d’atténuation, dépendent de l’angle d’émission (par rapport à la direction du faisceau incident), de l’énergie des protons incidents et de la nature et la composition de la cible.<p>La fonction de réponse du dosimètre WENDI-II montre également des variations lorsque différents modèles physiques sont considérés dans les codes Monte Carlo. La prise en compte d’effets fins comme les états de vibration et de rotation des atomes d’hydrogène au sein du polyéthylène composant le détecteur se révèle essentielle afin de caractériser correctement la réponse du détecteur ainsi que sa sensibilité.<p>L’émission secondaire dans un centre de protonthérapie est essentiellement due aux pertes dans le cyclotron et aux interactions du faisceau avec les systèmes de sélection de l’énergie, les composants de la tête de tir et le patient (ou le fantôme). L’évaluation numérique de la dose dans les labyrinthes des différentes salles du centre montre un bon accord avec les données expérimentales. Tandis que pour les points de mesure dans leur salle de contrôle respective, de larges différences peuvent apparaitre. Ceci est en partie dû à la difficulté d’obtenir des résultats statistiquement recevables du point de vue expérimental, mais aussi numérique, au vu de l’épaisseur des blindages entourant les salles de contrôle. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La perméabilité aux gaz et aux liquides des matériaux polymères est une propriété qui est mise à profit dans de nombreux domaines industriels. Cette thèse est effectuée dans l'optique de mieux appréhender la problématique de l'étanchéité des conduites flexibles par les polymères. Ainsi, les perméabilités de H2S, CO2 et CH4 dans le polyéthylène (PE) ont fait l'objet d'une étude effectuée dans le contexte de cette thèse. La perméabilité est une propriété qui résulte de la solubilisation des gaz dans le polymère puis de la diffusion de ces produits à travers la matière. La solubilité, qui caractérise l'aptitude d'un gaz à pouvoir s'absorber dans le polymère, est une propriété d'équilibre, qui pourra être étudiée par les techniques de Monte Carlo. La diffusion, qui caractérise l'aptitude d'un gaz à se mouvoir plus ou moins rapidement dans le réseau polymère, sera quant à elle, étudiée par dynamique moléculaire. Au dessous de la température de fusion, le polyéthylène est à l'état semi-cristallin. Cet état est composé de régions contenant des chaînes orientées aléatoirement (régions amorphes) et des régions contenant des chaînes orientées sur un réseau (régions cristallines). La morphologie complexe des polymères semi-cristallins présente des hétérogénéités de dimensions nanométriques, ce qui est difficilement accessible par la simulation moléculaire. A fin d'étudier la solubilité et la diffusion de gaz dans le polyéthylène semi-cristallin, nous modéliserons uniquement la phase amorphe au cours de ce travail. Par contre, l'effet des régions cristallines sur la phase amorphe sera pris en compte dans la simulation par une contrainte ad-hoc.

In our society, private and industrial activities increasingly rest on the implicit assumption that electricity is available at any time and at an affordable price. Even if operational data and feedback from the electrical sector is very positive, a residual risk of blackout or undesired load shedding in critical zones remains. The occurrence of such a situation is likely to entail major direct and indirect economical consequences, as observed in recent blackouts. Assessing this residual risk and identifying scenarios likely to lead to these feared situations is crucial to control and optimally reduce this risk of blackout or major system disturbance. The objective of this PhD thesis is to develop a methodology able to reveal scenarios leading to a blackout or a major system disturbance and to estimate their frequencies and their consequences with a satisfactory accuracy.<p><p>A blackout is a collapse of the electrical grid on a large area, leading to a power cutoff, and is due to a cascading failure. Such a cascade is composed of two phases: a slow cascade, starting with the occurrence of an initiating event and displaying characteristic times between successive events from minutes to hours, and a fast cascade, displaying characteristic times between successive events from milliseconds to tens of seconds. In cascading failures, there is a strong coupling between events: the loss of an element increases the stress on other elements and, hence, the probability to have another failure. It appears that probabilistic methods proposed previously do not consider correctly these dependencies between failures, mainly because the two very different phases are analyzed with the same model. Thus, there is a need to develop a conceptually satisfying probabilistic approach, able to take into account all kinds of dependencies, by using different models for the slow and the fast cascades. This is the aim of this PhD thesis.<p><p>This work first focuses on the level-I which is the analysis of the slow cascade progression up to the transition to the fast cascade. We propose to adapt dynamic reliability, an integrated approach of Probabilistic Risk Analysis (PRA) developed initially for the nuclear sector, to the case of transmission power systems. This methodology will account for the double interaction between power system dynamics and state transitions of the grid elements. This PhD thesis also introduces the development of the level-II to analyze the fast cascade, up to the transition towards an operational state with load shedding or a blackout. The proposed method is applied to two test systems. Results show that thermal effects can play an important role in cascading failures, during the first phase. They also show that the level-II analysis after the level-I is necessary to have an estimation of the loss of supplied power that a scenario can lead to: two types of level-I scenarios with a similar frequency can induce very different risks (in terms of loss of supplied power) and blackout frequencies. The level-III, i.e. the restoration process analysis, is however needed to have an estimation of the risk in terms of loss of supplied energy. This PhD thesis also presents several perspectives to improve the approach in order to scale up applications to real grids.<p> / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les travaux présentés dans ce mémoire de thèse concernent le développement et la mise en oeuvre d'un algorithme de filtrage particulaire pour le recalage de la navigation inertielle par mesures altimétriques. Le filtre développé, le MRPF (Mixture Regularized Particle Filter), s'appuie à la fois sur la modélisation de la densité a posteriori sous forme de mélange fini, sur le filtre particulaire régularisé ainsi que sur l'algorithme mean-shift clustering. Nous proposons également une extension du MRPF au filtre particulaire Rao-Blackwellisé appelée MRBPF (Mixture Rao-Blackwellized Particle Filter). L'objectif est de proposer un filtre adapté à la gestion des multimodalités dues aux ambiguïtés de terrain. L'utilisation des modèles de mélange fini permet d'introduire un algorithme d'échantillonnage d'importance afin de générer les particules dans les zones d'intérêt. Un second axe de recherche concerne la mise au point d'outils de contrôle d'intégrité de la solution particulaire. En nous appuyant sur la théorie de la détection de changement, nous proposons un algorithme de détection séquentielle de la divergence du filtre. Les performances du MRPF, MRBPF, et du test d'intégrité sont évaluées sur plusieurs scénarios de recalage altimétrique / This thesis deals with the development of a mixture particle filtering algorithm for inertial navigation update via radar-altimeter measurements. This particle filter, the so-called MRPF (Mixture Regularized Particle Filter), combines mixture modelling of the posterior density, the regularized particle filter and the mean-shift clustering algorithm. A version adapted to the Rao-Blackwellized particle filter, the MRBPF (Mixture Rao-Blackwellized Particle Filter), is also presented. The main goal is to design a filter well suited to multimodal densities caused by terrain amibiguity. The use of mixture models enables us to introduce an alternative importance sampling procedure aimed at proposing samples in the high likelihood regions of the state space. A second research axis is concerned with the development of particle filtering integrity monitoring tools. A novel particle filter divergence sequential detector, based on change detection theory, is presented. The performances of the MRPF, MRBPF and the divergence detector are reported on several terrain navigation scenarios

La perméabilité aux gaz et aux liquides des matériaux polymères est une propriété qui est mise à profit dans de nombreux domaines industriels. Cette thèse est effectuée dans l'optique de mieux appréhender la problématique de l'étanchéité des conduites flexibles par les polymères. Ainsi, les perméabilités de H2S, CO2 et CH4 dans le polyéthylène (PE) ont fait l'objet d'une étude effectuée dans le contexte de cette thèse. La perméabilité est une propriété qui résulte de la solubilisation des gaz dans le polymère puis de la diffusion de ces produits à travers la matière. La solubilité, qui caractérise l’aptitude d’un gaz à pouvoir s’absorber dans le polymère, est une propriété d’équilibre, qui pourra être étudiée par les techniques de Monte Carlo. La diffusion, qui caractérise l’aptitude d’un gaz à se mouvoir plus ou moins rapidement dans le réseau polymère, sera quant à elle, étudiée par dynamique moléculaire. Au dessous de la température de fusion, le polyéthylène est à l'état semi-cristallin. Cet état est composé de régions contenant des chaînes orientées aléatoirement (régions amorphes) et des régions contenant des chaînes orientées sur un réseau (régions cristallines). La morphologie complexe des polymères semi-cristallins présente des hétérogénéités de dimensions nanométriques, ce qui est difficilement accessible par la simulation moléculaire. A fin d'étudier la solubilité et la diffusion de gaz dans le polyéthylène semi-cristallin, nous modéliserons uniquement la phase amorphe au cours de ce travail. Par contre, l’effet des régions cristallines sur la phase amorphe sera pris en compte dans la simulation par une contrainte ad-hoc. / The gas permeability through the polymers is a property that is exploited in many industrial fields. The objective of this thesis is to better understand the problem of sealing of flexible pipes with polymers. Thus, the permeability of H2S, CO2 and CH4 in polyethylene (PE) was studied during this work. Permeability is a property resulting from the dissolution of gases in the polymer and then diffusion of these products through the material. Solubility, which characterizes the ability of a gas to be absorbed in the polymer, is a property of equilibrium, which can be studied by Monte Carlo techniques. Diffusion coefficient, which characterizes the ability of a gas to move more or less rapidly into the polymer network, will in turn studied by molecular dynamics.Below the melting temperature, polyethylene is in semi-crystalline state. This state is composed of regions containing randomly oriented chains (amorphous regions) and regions containing chains oriented regularly on a network (crystalline regions). The complex morphology of semi-crystalline polymers has nanometric heterogeneities, which is not easily accessible by molecular simulation. In order to study the solubility and diffusion coefficient of gases in semi-crystalline polyethylene, we model only the amorphous phase in this work. However, the effect of crystalline regions on the amorphous phase will be taken into account in the simulation by an ad-hoc constraint.

La perméabilité aux gaz et aux liquides des matériaux polymères est une propriété qui est mise à profit dans de nombreux domaines industriels. Cette thèse est effectuée dans l'optique de mieux appréhender la problématique de l'étanchéité des conduites flexibles par les polymères. Ainsi, les perméabilités de H2S, CO2 et CH4 dans le polyéthylène (PE) ont fait l'objet d'une étude effectuée dans le contexte de cette thèse. La perméabilité est une propriété qui résulte de la solubilisation des gaz dans le polymère puis de la diffusion de ces produits à travers la matière. La solubilité, qui caractérise l’aptitude d’un gaz à pouvoir s’absorber dans le polymère, est une propriété d’équilibre, qui pourra être étudiée par les techniques de Monte Carlo. La diffusion, qui caractérise l’aptitude d’un gaz à se mouvoir plus ou moins rapidement dans le réseau polymère, sera quant à elle, étudiée par dynamique moléculaire. Au dessous de la température de fusion, le polyéthylène est à l'état semi-cristallin. Cet état est composé de régions contenant des chaînes orientées aléatoirement (régions amorphes) et des régions contenant des chaînes orientées sur un réseau (régions cristallines). La morphologie complexe des polymères semi-cristallins présente des hétérogénéités de dimensions nanométriques, ce qui est difficilement accessible par la simulation moléculaire. A fin d'étudier la solubilité et la diffusion de gaz dans le polyéthylène semi-cristallin, nous modéliserons uniquement la phase amorphe au cours de ce travail. Par contre, l’effet des régions cristallines sur la phase amorphe sera pris en compte dans la simulation par une contrainte ad-hoc. / The gas permeability through the polymers is a property that is exploited in many industrial fields. The objective of this thesis is to better understand the problem of sealing of flexible pipes with polymers. Thus, the permeability of H2S, CO2 and CH4 in polyethylene (PE) was studied during this work. Permeability is a property resulting from the dissolution of gases in the polymer and then diffusion of these products through the material. Solubility, which characterizes the ability of a gas to be absorbed in the polymer, is a property of equilibrium, which can be studied by Monte Carlo techniques. Diffusion coefficient, which characterizes the ability of a gas to move more or less rapidly into the polymer network, will in turn studied by molecular dynamics.Below the melting temperature, polyethylene is in semi-crystalline state. This state is composed of regions containing randomly oriented chains (amorphous regions) and regions containing chains oriented regularly on a network (crystalline regions). The complex morphology of semi-crystalline polymers has nanometric heterogeneities, which is not easily accessible by molecular simulation. In order to study the solubility and diffusion coefficient of gases in semi-crystalline polyethylene, we model only the amorphous phase in this work. However, the effect of crystalline regions on the amorphous phase will be taken into account in the simulation by an ad-hoc constraint.

Afin d'améliorer les modèles nucléaires et d'atteindre la précision requise pour un code de simulation de référence en hadronthérapie, deux expériences ont été réalisées par notre collaboration en mai 2011 et en septembre 2013 au GANIL. Leur but est d'étudier les réactions nucléaires à 95 MeV/A du 12C sur les cibles minces d'intérêt médical pour mesurer les sections efficaces doublement différentielles de fragmentation pour chaque isotopes produits. Ces données expérimentales ont été comparées à des simulations Monte-Carlo. Différents modèles nucléaires disponibles dans le logiciel de simulation GEANT4 ont dans un premier temps été testés. Des écarts avec les données expérimentales allant jusqu'à plus d'un ordre de grandeur ont été observés. Le modèle phénoménologique HIPSE a ensuite été utilisé et a démontré que la prise en compte de la zone de recouvrement géométrique des noyaux en collisions doit être prise en compte afin de reproduire la cinématique des fragments créés aux énergies intermédiaires. Devant les difficultés rencontrées par ces modèles pour reproduire les données expérimentales, un nouveau modèle, le modèle a finalement été développé, le modèle SLIIPIE. Il s'agit d'un modèle semi-microscopique, construit sur une approche géométrique participant-spectateur. Les résultats de ce modèle ont été comparés aux données expérimentales pour la réaction 12C+12C à 95 MeV/A et donne des résultats prometteurs.

Les systèmes de contrôle-commande jouent un rôle important dans le développement de la civilisation et de la technologie moderne. La perte d’efficacité de l’actionneur agissant sur le système est nocive dans le sens où elle modifie le comportement du système par rapport à celui qui est désiré. Cette thèse est une contribution au pronostic de la durée de vie résiduelle (RUL) et à la maintenance des systèmes de contrôle-commande en boucle fermée avec des actionneurs soumis à dégradation. Dans une première contribution, un cadre de modélisation à l'aide d’un processus markovien déterministe par morceaux est considéré pour modéliser le comportement du système. Dans ce cadre, le comportement du système est représenté par des trajectoires déterministes qui sont intersectées par des sauts d'amplitude aléatoire se produisant à des instants aléatoires et modélisant le phénomène de dégradation discret de l'actionneur. La deuxième contribution est une méthode de pronostic de la RUL du système composée de deux étapes : estimation de la loi de probabilité de l'état du système à l'instant de pronostic par le filtre particulaire et calcul de la RUL qui nécessite l'estimation de la fiabilité du système à partir de cet instant. La troisième contribution correspond à la proposition d’une politique de maintenance à structure paramétrique permettant de prendre en compte dynamiquement les informations disponibles conjointement sur l'état et sur l'environnement courant du système et sous la contrainte de dates d'opportunité / The automatic control systems play an important role in the development of civilization and modern technology. The loss of effectiveness of the actuator acting on the system is harmful in the sense that it modifies the behavior of the system compared to that desired. This thesis is a contribution to the prognosis of the remaining useful life (RUL) and the maintenance of closed loop systems with actuators subjected to degradation. In the first contribution, a modeling framework with piecewise deterministic Markov process is considered in order to model the overall behavior of the system. In this context, the behavior of the system is represented by deterministic trajectories that are intersected by random size jumps occurring at random times and modeling the discrete degradation phenomenon of the actuator. The second contribution is a prognosis method of the system RUL which consists of two steps: the estimation of the probability distribution of the system state at the prognostic instant by particle filtering and the computation of the RUL which requires the estimation of the system reliability starting from the prognostic instant. The third contribution is the proposal of a parametric maintenance policy which dynamically take into account the available information on the state and on the current environment of the system and under the constraint of opportunity dates

L’objectif de la thèse est d’évaluer la fiabilité des réseaux de capteurs (WSN) en milieu naturel. L’évaluation prend en compte les composants physiques des nœuds de capteurs, les cellules photovoltaïques éventuelles (PV), les batteries rechargeables ou non, les protocoles de communications et d’échange de données ainsi que les éléments nécessaires pour une détection efficace, en particulier les feux de forêt. L’étude traite d’abord du fonctionnement du réseau de capteur dans la nature en prenant en compte sa consommation d’énergie et les défaillances physiques et fonctionnelles pour évaluer sa fiabilité. Puis, la fiabilité est comparée entre un réseau sans PV (WSN) et avec PV (PV-WSN) dans des conditions d’échange de données difficiles. Enfin, l’évaluation de la fiabilité des PV-WSN est effectuée dans le cadre de la détection et de la propagation des feux de forêts avec les mêmes conditions d’échange de données. Les principales hypothèses considérées sont : des distributions de capteurs aléatoires dans des réseaux avec un seul nœud « sink », des nœuds identiques, l’affaiblissement du signal radio dû aux obstacles naturels, une propagation de feu uniforme et elliptique, une végétation homogène, une perte possible de paquets de données ainsi que l’utilisation du protocole de routage « Dynamic Source Routing (DSR) ». Un simulateur a été développé pour effectuer les différentes études. Les résultats obtenus montrent l’importance des défaillances physiques pour l’évaluation de la fiabilité et pour la prolongation de la durée de vie des WSN et PV-WSN / The objective of my thesis was to evaluate the reliability of wireless sensor networks (WSN) in natural settings. My evaluation takes into account the physical components of sensor nodes, photovoltaic (PV) cells, rechargeable and non-rechargeable batteries, communication and data transmission protocols, and elements necessary for effective detection, especially for the case of forest fires. The study first deals with the functioning of a WSN in nature by taking into account its energy consumption, and physical and functional failures to assess its reliability. Reliability is then compared between a PV-free (WSN) and PV- (PV-WSN) network under complex data exchange conditions. Finally, the evaluation of the reliability of the PV-WSN is carried out in the context of the detection and propagation of forest fires under the same conditions of data exchange. The main assumptions considered are: the WSN is structured randomly with one sink per cluster and identical sensors, environmental and orientation losses affect PV-cell recharge, the radio signal may be weakened by natural obstacles, fire propagation is uniform and elliptical, vegetation is homogeneous, and there is communication loss using the Dynamic Source Routing (DSR) protocol. A simulator was developed to carry out these assessments. The results obtained show the importance of physical failures in assessing reliability and extending WSN and PV-WSN lifetime