La conception d'architectures opérationnelles d'un système de contrôle-commande est une phase très importante lors de la conception de systèmes de production d'énergie. Cette phase consiste à projeter l'architecture fonctionnelle sur l'architecture organique tout en respectant des contraintes de capacité et de sûreté, c'est-à-dire à allouer les fonctions de commande à un ensemble de contrôleurs tout en respectant ces contraintes. Les travaux présentés dans cette thèse proposent : i)une formalisation des données et contraintes du problème d'allocation de fonctions - ii)une méthode d'allocation, par recherche d'atteignabilité, basée sur un mécanisme d'appel/réponse dans un réseau d'automates communicants à variables entières - iii)la comparaison de cette méthode à une méthode de résolution par programmation linéaire en nombres entiers. Les résultats de ces travaux ont été validés sur des exemples de taille réelle et ouvrent la voie à des couplages entre recherche d'atteignabilité et programmation linéaire en nombres entiers pour la résolution de problèmes de satisfaction de systèmes de contraintes non linéaires. / The design of operational control architectures is a very important step of the design of energy production systems. This step consists in mapping the functional architecture of the system onto its hardware architecture while respecting capacity and safety constraints, i.e. in allocating control functions to a set of controllers while respecting these constraints. The work presented in this thesis presents: i) a formalization of the data and constraints of the function allocation problem- ii) a mapping method, by reachability analysis, based on a request/response mechanism in a network of communicating automata with integer variables- iii) a comparison between this method and a resolution method by integer linear programming. The results of this work have been validated on examples of actual size and open the way to the coupling between reachability analysis and integer linear programming for the resolution of satisfaction problems for non-linear constraint systems.

Cette thèse développe des algorithmes pour des problèmes de transport ferroviaire et est réalisée en partenariat avec l'entreprise Eurotunnel qui exploite le tunnel sous la Manche. Ce partenariat s'est établi sous la forme d'une chaire avec l'École des Ponts où cette thèse a été menée. Nous développons trois sujets dans cette thèse: le premier est un problème opérationnel rencontré par Eurotunnel, les deux autres sont plus prospectifs et théoriques, et sont inspirés des problèmes de transport ferroviaire d'Eurotunnel.Le processus de création de grilles horaires pour le transport ferroviaire se découpe en plusieurs phases (estimation de la demande, détermination du réseau, planification des départs, affectation des trains et du personnel). Nous nous intéressons dans une première partie à la phase de planification des départs des trains sur un intervalle temporel, appliquée au cas spécifique d'Eurotunnel. L'objectif est de calculer les horaires des départs des trains depuis chacune des deux stations (Coquelles en France et Folkestone en Angleterre) en respectant des contraintes d'exploitation (sécurité, chargement, ...) et des accords commerciaux signés avec leurs partenaires (Eurostar, ...). De plus, la prise en compte des retards dès la planification des départs est primordiale pour limiter la propagation des perturbations de train en train sur le réseau. Nous avons développé des algorithmes de planification pour Eurotunnel tenant compte des contraintes du réseau et de la probabilité de retard pour chaque train. Ces algorithmes utilisent des outils standard de la Recherche Opérationnelle pour modéliser et résoudre ces problèmes d'optimisation.La tarification des billets est un enjeu majeur pour les entreprises de transport. Pour les compagnies aériennes, de nombreux algorithmes ont été étudiés pour définir le prix optimal des billets pour différentes classes de passagers. Nous appliquons dans une deuxième partie des méthodes standard de tarification (modèles de choix discrets) afin d'optimiser de manière globale les prix et les horaires des départs pour des entreprises de transport ferroviaire. Des outils classiques de l'optimisation stochastique, des modèles de choix discrets et des heuristiques sont utilisés dans nos algorithmes pour donner les meilleures solutions possibles en un temps de calcul limité.Nous nous intéressons dans une dernière partie à une classe de problèmes de transport, inspirés de ceux rencontrés par Eurotunnel, en donnant des algorithmes efficaces de résolution exacte ou approchée. Ces algorithmes permettent de donner une borne supérieure de la complexité temporelle de ces problèmes. La classe de problèmes étudiés consiste en la planification des départs de navettes sur une ligne fixe, pour transporter d'une station A vers une station B des usagers arrivant de manière continue. Les navettes sont éventuellement autorisées à faire de multiples rotations pour transporter plusieurs vagues d'usagers. L'objectif est de limiter le temps d'attente des passagers avant le départ de leur navette. Des combinaisons originales de l'optimisation convexe et de la théorie des graphes (problèmes de plus court chemin) sont utilisées dans nos algorithmes / This thesis develops algorithms for rail transportation problems, conducted in relationship with the company Eurotunnel which operates the tunnel under the Channel. This partnership is a scientific chair with the École des Ponts et Chaussées, where this thesis was realized. We study three topics throughout the thesis: the first one is an operational problem faced by Eurotunnel, whereas the two other ones are prospective and theoretical problems inspired by their process.The planning process for rail transportation can be divided into several phases (demand estimation, line planning, scheduling of the departure times, rolling stock and crew planning). In a first part, we focus on the scheduling phase on a time interval, applied to the specific case of Eurotunnel. The objective is to compute the departure times of the trains for each of the two stations (Calais in France and Folkestone in England), satisfying operation constraints (security, loading, ...) and commercial agreements with their partners (Eurostar, ...). Moreover, taking into account the delays in the scheduling phase is essential to limit the propagation of the disturbances from train to train in the network. We develop scheduling algorithms for Eurotunnel taking into account the operation and commercial constraints, and the random distributions of the delays for each train. These algorithms use standard tools of Operations Research to model and solve these optimization problems.Pricing is a main issue for transportation companies. Many algorithms have been proposed to help airline companies to define optimized prices of the plane tickets for different classes of passengers. In a second part, we apply some standard pricing frameworks (discrete choice models) in order to optimize in a global way the prices and the departure times of the trains for rail transportation companies. Standard tools of stochastic optimization, discrete choice models, and some heuristics are used in our algorithms to compute the best possible solutions in a limited computation time.We focus in a last part on a class of transportation problems, inspired form Eurotunnel. We give efficient algorithms to solve exactly or to approximate the optimal solutions of these problems. These algorithms give an upper bound of the time complexity of this class of problems. The problems studied consist in scheduling the departure times of shuttles on a fixed trip, to transport passengers, arriving continuously at an initial station, to a given destination. The shuttles are potentially allowed to perform several rotations to transport several groups of passengers. The objective is to minimize the waiting time of the passengers before the depart of their shuttle. Original combinations of convex optimization and graph theory (shortest path problems) are used in our algorithms

L'importance des systèmes collaboratifs a considérablement augmenté au cours des dernières années. La majorité de nouvelles applications sont conçues de manière distribuée pour répondre aux besoins du travail collaboratif. Parmi ces applications, nous nous intéressons aux éditeurs collaboratifs temps-réel (RCE) qui permettent la manipulation de divers objets partagés, tels que les pages wiki ou les articles scientifiques par plusieurs personnes réparties dans le temps et dans l'espace. Bien que ces applications sont de plus en plus utilisées dans de nombreux domaines, l'absence d'un modèle de contrôle d'accès adéquat limite l'exploitation de leur plein potentiel. En effet, contrôler les accès aux documents partagés de façon décentralisée et sans alourdir les performances du système collaboratif représente un vrai challenge, surtout que les droits d'accès peuvent changer fréquemment et de façon dynamique au cours du temps. Dans cette thèse, nous proposons un modèle de contrôle d'accès générique basé sur l'approche de réplication optimiste du document partagé ainsi que sa politique de contrôle d'accès. Pour cela, nous proposons une approche optimiste de contrôle d'accès dans la mesure où un utilisateur peut violer temporairement la politique de sécurité. Pour assurer la convergence, nous faisons recours à l'annulation sélective pour éliminer l'effet des mises à jour illégales. Vu l'absence d'une solution d'annulation générique et correcte, nous proposons une étude théorique du problème d'annulation et nous concevons une solution générique basée sur une nouvelle sémantique de l'opération identité. Afin de valider notre approche tous nos algorithmes ont été implémentés en Java et testés sur la plateforme distribuée Grid'5000 / The importance of collaborative systems in real-world applications has grown significantly over the recent years. The majority of new applications are designed in a distributed fashion to meet collaborative work requirements. Among these applications, we focus on Real-Time Collaborative Editors (RCE) that provide computer support for modifying simultaneously shared documents, such as articles, wiki pages and programming source code by dispersed users. Although such applications are more and more used into many fields, the lack of an adequate access control concept is still limiting their full potential. In fact, controlling access in a decentralized fashion for such systems is a challenging problem, as they need dynamic access changes and low latency access to shared documents. In this thesis, we propose a generic access control model based on replicating the shared document and its authorization policy at the local memory of each user. We consider the propagation of authorizations and their interactions. We propose a optimistic approach to enforce access control in existing collaborative editing solutions in the sense that a user can temporarily violate the access control policy. To enforce the policy, we resort to the selective undo approach in order to eliminate the effect of illegal document updates. Since, the safe undo is an open issue in collaborative applications. We investigate a theoretical study of the undo problem and propose a generic solution for selectively undoing operations. Finally, we apply our framework on a collaboration prototype and measure its performance in the distributed grid GRID?5000 to highlight the scalability of our solution

Dans cette thèse nous nous intéressons à plusieurs problèmes de gestion de stocks, à travers des modèles de dimensionnement de lots sur plusieurs niveaux, en tenant compte de capacités de production. Nous étudions tout d’abord un problème de dimensionnement de lots à deux niveaux en série avec des capacités de production identiques et stationnaires aux deux niveaux, pour lequel proposons un algorithme dynamique exact pouvant résoudre le problème en temps polynomial sous certaines hypothèses. Dans le chapitre suivant nous étendons ce résultat dans deux directions : nous considérons le problème de gestion de stocks sur un nombre quelconque de niveaux en série, et nous considérons des livraisons par lots. Nous présentons un algorithme exact de résolution, polynomial et très efficace, basé sur une décomposition originale en composantes connexes induites. Nous considérons ensuite des versions plus générales de ce problème, en établissant des résultats de NP-complétude lorsque chaque niveau à une capacité ou une taille de lot différentes. Nous proposons pour ces problèmes une 2-approximation, basé sur l’encadrement de la fonction objectif par deux fonctions affines. Pour finir nous étudions un problème sur un seul niveau mais dans un système de production composé de machines identiques fonctionnant en parallèle. L’originalité de ce problème est de considérer une limitation de la consommation énergétique. A chaque période, on doit décider combien de machines allumer ou éteindre, et quel volume produire et stocker. Des résultats de complexité sont proposés, montrant que ce problème est NP-difficile même sous des hypothèses fortes, et un algorithme dynamique exact est présenté pour le cas de paramètres d’énergie stationnaires / In this thesis we are interested in several multi-level lot-sizing problems taking into account production capacities. We first study a 2-level in series lot-sizing problem with identical and stationary capacities at both levels, for which we propose an exact dynamic algorithm running in polynomial time under some hypothesis. Next chapter extends this result on two main lines: we consider the multi-level in series lot-sizing problem with batch deliveries and with a number of level which is part of the input. We provide a very efficient exact algorithm for this problem, which is polynomial in the number of levels and in the number of periods, based on an original decomposition into induced connected components. Then, we consider more general versions of this problem, for which we provide NP-hardness results when batch sizes or capacities are level-dependent. We propose 2-approximation algorithms for these problems, based on the sandwiching of the objective function by two affine functions. Finally, we study a single-level lot-sizing problem in a system composed of identical machines working in parallel. The originality of this study is to consider a periodic energy limitation. At each period it must be decided how many machines to switch on or off and the volume to be produced and stored. Complexity results are provided, showing that this problem is NP-hard, even under some restrictive assumptions, and an exact dynamic algorithm running in polynomial time is proposed for the case of stationary energy parameters

Avec la croissance exponentielle des demandes de service, les opérateurs ont déployé de nombreux équipements, et par conséquent, la gestion du réseau est devenue de plus en plus difficile et coûteuse. La virtualisation des fonctions réseau (NFV) a été proposée comme un nouveau paradigme pour réduire les coûts liés à l’acquisition et à la maintenance pour les réseaux de télécommunications. Dans ce travail de thèse, nous nous intéressons aux problèmes du chaînage des fonctions virtuelles (VNFs) qui combinent des décisions de localisation des VNFs et de routage des demandes. D'un point de vue d'optimisation, ce problème est une combinaison des problèmes de localisation (pour la partie d'installation des VNFs) et de conception de réseaux (pour la partie de routage). Ces deux problèmes ont été largement étudié dans la littérature. Cependant, leur combinaison représente des divers challenges en termes de modélisation et de résolution. Dans la première partie de cette thèse, nous considérons une version réaliste du problème du chaînage des VNFs (VNF-PR) afin de comprendre l'impact des différents aspects sur les coûts et les performances de gestion du réseau. Dans ce but, nous étendons le travail dans~\cite{Addis2015} en considérant des caractéristiques et des contraintes plus réalistes des infrastructures NFV et nous proposons un modèle de programmation linéaire et une heuristique mathématique pour le résoudre. Dans le but de mieux comprendre la structure du problème et ses propriétés, la deuxième partie de la thèse est orientée vers l'étude théorique du problème, où nous avons étudié une version compacte du problème du chaînage des VNFs. Nous fournissons des résultats sur la complexité de calcul sous divers cas de topologie et de capacité. Ensuite, nous proposons deux modèles et nous les testons sur un testbed avec plus de 100 instances différentes avec différents cas de capacité. Au final, nous abordons la scalabilité du problème en proposant des méthodes constructives et des méthodes heuristiques basées sur la programmation linéaire entière pour traiter efficacement des instances de taille grande (jusqu'à 60 nœuds et 1800 demandes). Nous montrons que les heuristiques proposées sont capables de résoudre efficacement des instances de taille moyenne (avec jusqu'à 30 nœuds et 1 000 demandes) de cas de capacité difficiles et de trouver de bonnes solutions pour les instances dures, où le modèle ne peut fournir aucune solution avec un temps de calcul limité. / Due to the exponential growth of service demands, telecommunication networks are populated with a large and increasing variety of proprietary hardware appliances, and this leads to an increase in the cost and the complexity of the network management. To overcome this issue, the NFV paradigm is proposed, which allows dynamically allocating the Virtual Network Functions (VNFs) and therefore obtaining flexible network services provision, thus reducing the capital and operating costs. In this thesis, we focus on the VNF Placement and Routing (VNF-PR) problem, which aims to find the location of the VNFs to allocate optimally resources to serve the demands. From an optimization point of view, the problem can be modeled as the combination of a facility location problem (for the VNF location and server dimensioning) and a network design problem (for the demands routing). Both problems are widely studied in the literature, but their combination represents, to the best of our knowledge, a new challenge. We start working on a realistic VNF-PR problem to understand the impact of different policies on the overall network management cost and performance. To this end, we extend the work in [1] by considering more realistic features and constraints of NFV infrastructures and we propose a linear programming model and a math-heuristic to solve it. In order to better understand the problem structure and its properties, in the second part of our work, we focus on the theoretical study of the problem by extracting a simplified, yet significant variant. We provide results on the computational complexity under different graph topology and capacity cases. Then, we propose two mathematical programming formulations and we test them on a common testbed with more than 100 different test instances under different capacity settings. Finally, we address the scalability issue by proposing ILP-based constructive methods and heuristics to efficiently deal with large size instances (with up to 60 nodes and 1800 demands). We show that our proposed heuristics can efficiently solve medium size instances (with up to 30 nodes and 1000 demands) of challenging capacity cases and provide feasible solutions for large size instances of the most difficult capacity cases, for which the models cannot find any solution even with a significant computational time.

« Mère Méditerranée ». Si la Méditerranée a été une aire de rivalité et de combats, les découvertes archéologiques et les recherches historiques montrent que cette mer a été, plus encore, une voie extraordinaire de transmission des savoirs. Par elle, ont transité des marchandises mais, surtout, des hommes qui ont diffusé leurs inventions telles que l’écriture, la philosophie, les mathématiques, l’astronomie, la médecine et d’autres sciences encore, et aussi, des croyances, des idées, des goûts artistiques et des modèles politiques, économiques et sociaux. Cette histoire nous aide à concevoir la possibilité d’un monde dans lequel la mer Méditerranée ne serait pas « une mer qui sépare, mais une mer qui unit les populations ». Aujourd’hui, les menaces écologiques qui pèsent sur le milieu marin méditerranéen ont su faire réagir les États riverains qui, conscients de leurs origines communes et de leur communauté de destin, ont manifesté leur solidarité et uni leurs efforts pour tenter de sauver la « mare nostrum ». / No English summary available.

Les travaux de recherche menés dans cette thèse s’inscrivent dans deux champs disciplinaires que sont l’évaluation du confort et l’aide multicritère à la décision.L’objectif de la thèse est de construire un modèle pour évaluer des trains sur le point de vue du confort tel qu’il est perçu par les voyageurs. L’approche utilisée pour cela repose sur trois étapes principales de construction d’un modèle d’aide multicritère à la décision. La première consiste à définir et à formaliser les critères de confort du problème. Dans la deuxième étape, il s’agit de construire les échelles afin de pouvoir évaluer les trains sur chaque critère de confort considéré.La troisième étape consiste à agréger les critères de confort en utilisant des méthodes d’agrégation multicritère. Cette étape nécessite l’élicitation des préférences des décideurs afin de mettre en oeuvre les méthodes d’agrégation.Notre contribution est de formaliser une approche pour la construction d’un modèle d’évaluation du confort dans les trains. Cette approche peut être appliquée à d’autres problématiques que l’évaluation du confort. Elle présente deux particularités principales. La première est d’intégrer dans la construction du modèle des facteurs importants traduisant la perception du confort. Nous avons choisi pour cela un modèle hiérarchique comportant plusieurs niveaux. La deuxième particularité de l’approche est d’utiliser des méthodes d’agrégation pouvant être différentes d’un noeud à un autre du modèle. Elle présente également d’autres aspects plus spécifiques, notamment lors de l’élicitation des préférences où nous construisons des exemples d’apprentissage informatifs pour accélérer le processus d’élicitation / This PhD thesis falls within two scientific areas, which are comfort evaluation and multiple criteria decision aiding. The main purpose is to develop a model in order to evaluate trains on the comfort point of view, as percieved by passengers. The developed approach is based on three main steps of developing a multiple criteria decision aiding model. The first one consists on defining and formalizing the criteria of comfort. In the second step, the scales of each considered criterion must be built in order to evaluate the trains on these last. The third step aims at aggregating the criteria, using multiple criteria aggregation methods, in order to obtain an overall comfort evaluation of trains. For this purpose, the decision maker’s preferences must be elicited

Le transport de matériaux pour la réalisation d’infrastructures routières et le terrassement représente, en 2013, plus de la moitié de l’activité du secteur des travaux publics. Les méthodes d’optimisation de tournées de véhicules permettent aujourd’hui de résoudre des problèmes de grandes tailles en intégrant les contraintes liées au métier. Dans cette thèse, nous nous intéressons à la résolution du problème riche de collectes et livraisons en camions complets avec des contraintes de synchronisation sur les ressources. Dans un premier temps, nous résolvons le problème de tournées de véhicules avec une méthode heuristique en deux phases. Dans un second temps, nous étudions l’intégration des contraintes liées aux temps de conduite des chauffeurs ainsi que l’ajout des pauses déjeuners aux tournées. Nous testons les algorithmes proposés sur des instances de la littérature et des instances réelles issues d’une application industrielle d’une entreprise de Travaux Publics. / In 2013, the transportation of materials for roads construction and earthwork represents more than half of the whole activity of in the public works sector. Optimization methods for vehicle routing problems allow to solve big-size problems with industrial sector constraints. In this thesis, we focus on solving the rich full truckload pickup and delivery problem with resource synchronization. First, we solve this vehicle routing problem with a two phase heuristic method. Then, we study the integration of regulation of drivers’ working hours and the addition of lunch breaks in routes of vehicles. These methods are tested on instances from the literature and real life instances from a public works company.

La recherche opérationnelle (RO) joue un rôle important dans les systèmes de santé. Au cours des dernières années, l'hospitalisation à domicile comme les hôpitaux de réhabilitation ont émergé pour pallier aux coûts du système de santé et à la qualité de vie des patients. Dans les secteurs de la réhabilitation, la gestion des soins de santé est sous-développée et la plupart des hôpitaux de réhabilitation sont gérés uniquement par l’expérience. Dans cette thèse, nous traitons d'abord le problème de la planification des traitements dans les hôpitaux de réhabilitation afin de les optimiser. Notre travail vise à réduire le temps d’attente des patients hospitalisés et ainsi améliorer leur satisfaction. Afin de résoudre efficacement ce problème de planification de traitements complexes, nous proposons une approche basée sur un algorithme de recherche hybride de coucou qui est testée et validée dans un cas réel. Nous nous intéressons ensuite à l'hospitalisation à domicile qui constitue un autre problème réel compte tenu du vieillissement de la population. Dans la plupart des régions, un nombre croissant d’organisations à but lucratif et à but non lucratif s’associent pour offrir des soins aux patients. Elles ont tendance à atteindre un niveau hospitalier tant en quantité et qu'en qualité avec une flexibilité accrue par rapport aux services hospitaliers. Nous étudions les problèmes de planification et d'acheminement des soins à domicile en tenant compte de nombreuses contraintes liées à la fois aux patients et aux soignants. Le problème est un scénario pratique motivé et vise à minimiser les coûts d'exploitation totaux. Nous utilisons le solveur commercial Gurobi pour résoudre et valider le modèle avec des données réelles. / Operations research (OR) plays an important role in healthcare system. In recent years, rehabilitation hospitals have been emerging to meet the increasing needs for rehabilitation services due to the ageing population trend. However, the healthcare management in rehabilitation sectors is undeveloped and most of the rehabilitation hospitals (departments) are managed by experience. In this thesis, we deal with a treatment scheduling problem in rehabilitation hospitals. The objective is to facilitate the scheduling process. More importantly, our work aims at reducing the waiting time of inpatients so as to improve inpatients’ satisfactions. In order to solve the complex treatment scheduling problem efficiently, we propose an approach based on a hybrid cuckoo search algorithm which is tested and validated in a real case. Moreover, home healthcare (HHC) is another real-world issue considering the aggravating trend of ageing population. In most areas, an increasing number of social-profit & non-profit organizations are joining in providing healthcare services to patients at their homes and it has a tendency to reach the hospital-level in both quantity and quality for the added flexibility than hospital's service. We investigate home healthcare scheduling and routing problem with consideration of many real-life factors, especially lunch break requirement. The problem is practical scenario motivated and aims at minimizing the total operating cost. We use the commercial solver Gurobi to solve and validate the model with real data.

La nature des missions qui sont aujourd'hui envisagées en Robotique suppose de plus en plus un espace de travail étendu du robot. Cette extension va de pair avec la combinaison de moyens de manipulation et de moyens de locomotion et c'est la raison d'être des manipulateurs mobiles. Parmi ces systèmes, qui prennent des formes diverses, nous distinguons les manipulateurs mobiles à roues qui sont la combinaison d'une plateforme à roues et d'un bras manipulateur. Ce mémoire présente notre contribution à l'étude de leur commande coordonnée (le système est vu comme un tout) au niveau opérationnel et plus particulièrement en vue de missions complexes qui nécessitent l'enchaînement dynamique de tâches de natures différentes : suivi de trajectoire, contrôle d'effort. En nous basant sur la forme générique des modèles cinématiques de ces systèmes, nous avons développé un modèle dynamique unifié, directement exploitable pour les techniques de commande à couple calculé. Afin de tenir compte des contraintes secondaires intrinsèques à tout système robotique mais aussi des contraintes imposées par l'environnement (obstacles par exemple), nous proposons une structure de commande qui permet l'intégration des lois de commande opérationnelle tout en assurant, notamment grâce à l'exploitation de la redondance du système, le respect des différentes contraintes. Cette structure gère l'enchaînement dynamique des tâches à réaliser et permet, qu'elles soient planifiées ou générés en temps réel, l'adaptation des consignes pour la gestion des incertitudes sur la connaissance de l'environnement mais aussi sur le déroulement de la mission. L'approche proposée a été validée en simulation et expérimentalement sur le robot H2Bis+GT6A de l'équipe RIA du LAAS.