Ces dernières décennies, l'industrie en microélectronique s'est astreinte à suivre la loi de Moore pour améliorer la performance des circuits intégrés (Integrated Circuit, IC). Cependant, il sera sans doute impossible de suivre cette loi dans le futur à cause de limitations physiques apparaissant avec la miniaturisation des transistors en-dessous d'un certain seuil si aucune innovatio n'a lieu. Afin de surmonter ce problème, de nouvelles technologies ont émergées, et parmi elles les circuits 3D (3D-Stacked Integrated Circuit, 3D-SIC) ont été proposés pour maintenir l'évolution de la loi de Moore. Les 3D-SIC peuvent apporter de nombreux avantages dans le design des futurs IC mais au coût d'une complexité de design accrue étant donné leur nature fortement combinatoire, et l'optimisation de plusieurs critères conflictuels. Dans cette thèse, nous présentons une première étude des outils qui pourraient aider dans le design de 3D-SIC, en utilisant l'optimisation multi-objectifs (multiobjective optimization, MOO) et l'aide multicritère à la décision (multi-criteria decision aid, MCDA). Notre étude vise l'une des problématiques principales dans le design de 3D-SIC: le partitionnement avec estimation du floorplanning en tenant compte de plusieurs objectifs. Cette thèse montre que l'utilisation d'un paradigme multicritère peut fournir une analyse pertinente et objective du problème. Cela peut permettre une exploration rapide de l'espace de design et une amélioration des flots de conception actuels étant donné qu'il est possible de fournir des informations qualitatives et quantitatives par rapport à l'espace de design qui ne seraient pas disponibles avec les outils actuels. De même, de par sa flexibilité, la MOO peut tenir compte des multiples degrés de liberté des 3D-SIC, ce qui permet plus de possibilités de design qui ne sont généralement pas prises en compte avec les outils actuels. De plus, les algorithmes développés peuvent montrer des propriétés de robustesse même si le problème est complexe. Enfin, appliquer l'aide multicritère à la décision pourrait permettre aux designers de faire des choix pertinents selon un processus transparent. / In the past decades, the microelectronic industry has been following the Moore's law to improve the performance of integrated circuits (IC). However, it will probably be impossible to follow this law in the future due to physical limitations appearing with the miniaturization of the transistors below a certain threshold without innovation. In order to overcome this problem, new technologies have emerged, and among them the 3D-Stacked Integrated Circuits (3D-SIC) have been proposed to keep the Moore's momentum alive. 3D-SICs can bring numerous advantages in the design of future ICs but at the cost of additional design complexity due to their highly combinatorial nature, and the optimization of several conflicting criteria. In this thesis, we present a first study of tools that can help the design of 3D-SICs, using mutiobjective optimization (MOO) and multi-criteria decision aid (MCDA). Our study has targeted one of the main issues in the design of 3D-SICs: the partitioning with floorplanning estimation under multiple objectives. This thesis shows that the use of a multi-criteria paradigm can provide relevant and objective analysis of the problem. This can allow a quick design space exploration and an improvement of the current design flows as it is possible to provide qualitative and quantitative information about a design space, that would not be available with current tools. Also, with its flexibility, MOO can cope with the multiple degrees of freedom of 3D-SICs, which enables more design possibilities that are usually not taken into account with current tools. In addition, the developed algorithms can show robustness properties even if the problem is complex. Finally, applying multi-criteria decision aid would allow designers to make relevant choices in a transparent process. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Dans ce travail, nous étudions l’évaluation de la fiabilité, la modélisation et l’optimisation de systèmes à états arbitraires à incertitude épistémique. Tout d'abord, une approche universelle de modélisation à l'état arbitraire est proposée afin d'étudier efficacement les systèmes industriels modernes aux structures, mécanismes de fonctionnement et exigences de fiabilité de plus en plus complexes. De simples implémentations de modèles de fiabilité binaires, continus ou multi-états traditionnels ont montré leurs lacunes en termes de manque de généralité lors de la modélisation de structures, systèmes, réseaux et systèmes de systèmes industriels modernes et complexes. Dans ce travail, nous intéressons aussi particulièrement aux systèmes monotones, non seulement parce que la monotonie est apparue couramment dans la plupart des modèles de fiabilité standard, mais aussi qu’une propriété mathématique aussi simple permet une simplification énorme de nombreux problèmes extrêmement complexes. Ensuite, pour les systèmes de fiabilité monotones à états arbitraires, nous essayons de résoudre les problèmes suivants, qui sont apparus dans les principes mêmes de la modélisation mathématique: 1. L’évaluation de la fiabilité dans un environnement incertain épistémique avec des structures hiérarchiques être exploitées par toute approche de programmation 2; l'optimisation de la fiabilité / maintenance pour les systèmes à grande fiabilité avec incertitude épistémique. / In this work, we study the reliability assessment, modeling and optimization of arbitrary-state systems with epistemic uncertainty. Firstly, a universal arbitrary-state modelling approach is proposed, in order to effectively study the modern industrial systems with increasingly complicated structures, operation mechanisms and reliability demands. Simple implementations of traditional binary, continuous or multi-state reliability models have been showing their deficiencies in lack of generality, when modelling such complex modern industrial structures, systems, networks and systems-of-systems. In this work, we are also particularly interested in monotone systems, not only because monotonicity commonly appeared in most of the standard reliability models, but also that such a simple mathematical property allows a huge simplification to many extremely complex problems. Then, for the arbitrary-state monotone reliability systems, we try to solve the following challenges that appeared in its very fundamentals of mathematical modeling: 1. The reliability assessment under epistemic uncertain environment with hierarchy structures; 2. The reliability/maintenance optimization for large reliability systems under epistemic uncertainty.

Face à la forte concurrence internationale, de nombreuses entreprises manufacturières orientent leurs investissements vers les marchés africains pour accroître leur part de marché et rester compétitives sur le marché mondial. Ces marchés sont effet en plein essor mais demandent des produits de grande diversité. En dépit de cette attractivité, les flux commerciaux en Afrique demeurent faibles en raison de la faible qualité des infrastructures et de l’absence d’écosystèmes logistiques régionaux connectant les pays africains de manière fiable et efficace.C’est pourquoi cette thèse de doctorat s’intéresse à la modélisation et à la résolution du problème de conception de réseaux de distribution hybrides en Afrique, intégrant des plateformes de distribution et de personnalisation finale des produits. Ces réseaux incluent, en amont, des hubs régionaux servant de porte d’entrée vers les marchés d’une région continentale. Le report de la personnalisation finale en aval du réseau logistique permet de réduire les délais de livraison aux marchés et le coût de distribution tout en maintenant une économie d’échelle. La méthodologie que nous proposons repose sur deux grands axes de recherche :▪ Le premier axe vise à définir la localisation des hubs logistiques régionaux, sur la base d’une analyse multicritères floue, version améliorée de TOPSIS floue et d'AHP ;▪ Le deuxième axe aborde conception de réseaux de distribution hybrides servant des marchés fortement diversifiés (exemple : marchés des engrais). Nous avons proposé deux nouveaux modèles d'optimisation multi-objectifs minimisant le coût total d’exploitation et d’investissement, maximisant la proximité des produits aux marchés et minimisant les dommages sur les produits finis durant leur distribution. Le premier modèle est déterministe tandis que le deuxième propose une conception flexible alignée sur la dynamique et l’incertitude de l’évolution des marchés africains. / In the context of intense international competition, many manufacturing firms are directing their investments toward African markets to increase their market share and maintain their competitiveness in the global market. These markets are rapidly growing but require customized products. Despite their attractivity, trade flows in Africa remain low due to the poor quality of infrastructure and the lack of regional logistic ecosystems, connecting African countries through reliable and efficient services.This doctoral thesis therefore focuses on modelling and solving the problem of designing hybrid distribution networks in Africa, integrating distribution and final customization platforms. These networks incorporate, upstream, regional hubs that serve as gateways to regional markets. The postponement of final customization downstream of the logistics network reduces the delivery times and downstream distribution costs while maintaining upstream economies of scale.The methodology we suggest is based on two main areas of research:▪ The first axis aims to define the location of regional logistics hubs, based on a fuzzy multi-criteria analysis approach, which is an improved version of TOPSIS fuzzy and AHP;▪ The second axis focuses on the design of hybrid distribution networks serving highly diversified markets in Africa (for example: fertilizer markets). To this aim, we propose two new multi-objective optimization models minimizing total operating and investment costs, maximizing product proximity to markets and minimizing damage to finished products during their distribution. The first model is deterministic while the second one proposes a flexible design in response to the dynamics and uncertainty of the evolution of African markets.

Les petites unités de dessalement au point d’usage sont une alternative pour l’accès à l'eau potable des communautés isolées de zones côtières ou insulaires. Dans cette thèse, la distillation membranaire (MD) est le procédé de choix pour l’application visée. De plus, les lieux d’implantation ciblés souffrent souvent d’un manque d’accès à l’énergie, mais la plupart d’entre eux sont exposés à des niveaux élevés de radiation solaire. Afin de réduire les pertes de chaleur du système et d'intensifier le procédé, un module intégrant des membranes planes de MD sous vide (VMD) et un collecteur solaire à plaque plane (FPC) apparaît comme une technologie possible. Cette étude a pour objectifs d’étudier la faisabilité de ce concept et de déterminer les paramètres de l’équipement et les conditions opératoires les plus favorables pour l’application visée en cherchant à réduire la consommation d’électricité (par des panneaux photovoltaïques PV) et améliorer simultanément l’efficacité énergétique et la production d’eau dans l’ensemble du module VMD-FPC. Les analyses de sensibilité et les optimisations multi-objectifs sont effectuées à partir de séries de simulations. La productivité quotidienne peut atteindre 96 L pour une surface de module de 3 m2. Un coût énergétique quasi-constant d’une puissance PV de 4,2 à 5,0 W L-1 est observé, permettant d’ajuster la capacité du système. Pour une puissance PV limitée à 130 W (installation mobile), plus de 30 L de distillat peuvent être obtenus avec une surface de 0,83 m2 par une belle journée d'été à Toulouse, en tenant compte des paramètres de fonctionnement optimisés et des matériaux réels. / Small-scale desalination at the point of use offers a potential access to drinking water to communities living in remote coastal areas or isolated islands. In this dissertation, Membrane Distillation (MD) is the applied technology for the aforementioned application scenario. Moreover, the target places are also often in the lack of stable and centralized heat and power supply, while most of them benefit from high solar radiations. In order to further reduce the system heat loss and to intensify the process, the integration in the same module of flat-sheet distillation membranes for Vacuum MD (VMD) and direct solar heating by flat-plate collector (FPC) appears as a possible option. This study aims to explore the feasibility of this concept and to determine the more favorable design and operating conditions for the target application. The main task in this regard is to reduce electricity consumption (provided by photovoltaic PV panels) and simultaneously improve the energy efficiency and water production throughout the VMD-FPC module. The sensitivity analyses and multi-objective optimizations are conducted based on series of simulations. Results show that the potential daily productivity of the system can reach up to 96 L for a module surface area of 3 m2. A quasi-constant power cost of PV of 4.2 - 5.0 W L-1 is observed, permitting a flexible adjustment of the system capacity. Under a limitation of an average PV power of 130 W, more than 30 L of distillate can be obtained with a surface area of 0.83 m2 on a sunny summer-day in Toulouse, taking the optimized operating parameters and real-world material properties into account.

Une image hyperspectrale est un cube de données 3D dont chaque pixel fournit des informations spectrales locales sur un grand nombre de bandes contiguës sur une scène d'intérêt. Les images observées peuvent subir une dégradation due à l'instrument de mesure, avec pour conséquence l'apparition d'un flou sur les images qui se modélise par une opération de convolution. La déconvolution d'image hyperspectrale (HID) consiste à enlever le flou pour améliorer au mieux la résolution spatiale des images. Un critère de HID du type Tikhonov avec contrainte de non-négativité est proposé dans la thèse de Simon Henrot. Cette méthode considère les termes de régularisations spatiale et spectrale dont la force est contrôlée par deux paramètres de régularisation. La première partie de cette thèse propose le critère de courbure maximale MCC et le critère de distance minimum MDC pour estimer automatiquement ces paramètres de régularisation en formulant le problème de déconvolution comme un problème d'optimisation multi-objectif. La seconde partie de cette thèse propose l'algorithme de LMS avec un bloc lisant régularisé (SBR-LMS) pour la déconvolution en ligne des images hyperspectrales fournies par les systèmes de whiskbroom et pushbroom. L'algorithme proposé prend en compte la non-causalité du noyau de convolution et inclut des termes de régularisation non quadratiques tout en maintenant une complexité linéaire compatible avec le traitement en temps réel dans les applications industrielles. La troisième partie de cette thèse propose des méthodes de séparation-déconvolution conjointes basés sur le critère de Tikhonov en contextes hors-ligne ou en-ligne. L'ajout d'une contrainte de non-négativité permet d’améliorer leurs performances / A hyperspectral image is a 3D data cube in which every pixel provides local spectral information about a scene of interest across a large number of contiguous bands. The observed images may suffer from degradation due to the measuring device, resulting in a convolution or blurring of the images. Hyperspectral image deconvolution (HID) consists in removing the blurring to improve the spatial resolution of images at best. A Tikhonov-like HID criterion with non-negativity constraint is considered here. This method considers separable spatial and spectral regularization terms whose strength are controlled by two regularization parameters. First part of this thesis proposes the maximum curvature criterion MCC and the minimum distance criterion MDC to automatically estimate these regularization parameters by formulating the deconvolution problem as a multi-objective optimization problem. The second part of this thesis proposes the sliding block regularized (SBR-LMS) algorithm for the online deconvolution of hypserspectral images as provided by whiskbroom and pushbroom scanning systems. The proposed algorithm accounts for the convolution kernel non-causality and including non-quadratic regularization terms while maintaining a linear complexity compatible with real-time processing in industrial applications. The third part of this thesis proposes joint unmixing-deconvolution methods based on the Tikhonov criterion in both offline and online contexts. The non-negativity constraint is added to improve their performances

Nous présentons les enjeux du management environnemental et soulignons l’importance d’une politique d’économie d’énergie pour les entreprises. Nous proposons un modèle pour déterminer le bilan énergétique de la fabrication en intégrant les différentes phases productives et non-productives. Nous définissons un double objectif pour la minimisation de la durée de production et de la consommation d’énergie. Nous appliquons ce modèle à l’ordonnancement d’ateliers job-shop flexibles. Pour déterminer la solution optimale nous utilisons deux classes de méthodes : - La première relève des algorithmes génétiques. Nous proposons différents types d’algorithmes pour résoudre ce problème multicritère. Nous proposons par exemple de faire évoluer deux populations pour minimiser respectivement l’énergie consommée et la durée de production et de les croiser pour atteindre l’objectif global. - La seconde relève de la programmation sous contrainte. Nous proposons de rechercher la solution optimale en développant une double arborescence pour évaluer l’énergie consommée et la durée de production. Nous construisons notre algorithme en partant des tâches à réaliser sur les machines ou en partant des machines qui réaliseront les tâches. Nous discutons de la construction du front de Pareto pour l’obtention de la meilleure solution.Nous terminons en comparant les différentes approches et en discutant leur pertinence pour traiter des problèmes de différentes tailles. Nous proposons également plusieurs améliorations et quelques pistes pour de futures recherches. / We present the challenges of environmental management and underline the importance of an energy saving policy for companies. We propose a model to determine the energy balance of manufacturing by integrating the different productive and non-productive phases. We define two purposes for minimizing production time and energy consumption. We apply this model to the scheduling of flexible job-shop workshops. To determine the optimal solution we use two types of methods: - The first is genetic algorithms. We propose different types of algorithms to solve this multi-criteria problem. For example, we propose to develop two populations to minimize the energy consumed and the production time, and to cross them to achieve the overall objective. - The second is constraint programming. We propose to find the optimal solution by developing a double tree to evaluate the energy consumed and the production time. We build our algorithm starting from the tasks to be performed on the machines or from the machines that will perform the tasks. We discuss the construction of the Pareto front to get the best solution.We finish by comparing the different approaches and discussing their relevance to deal with problems of different sizes. We also offer several improvements and some leads for future research.

On s'attache dans cette thèse à plusieurs aspects liés à la résolution de problèmes multi-objectifs, sans se limiter au cas biobjectif. Nous considérons la résolution exacte, dans le sens de la détermination de l'ensemble des points non dominés, ainsi que la résolution approchée dans laquelle on cherche une approximation de cet ensemble dont la qualité est garantie a priori.Nous nous intéressons d'abord au problème de la détermination d'une représentation explicite de la région de recherche. La région de recherche, étant donné un ensemble de points réalisables connus, exclut la partie de l'espace des objectifs que dominent ces points et constitue donc la partie de l'espace des objectifs où les efforts futurs doivent être concentrés dans la perspective de déterminer tous les points non dominés.Puis nous considérons le recours aux algorithmes de séparation et évaluation ainsi qu'aux algorithmes de ranking afin de proposer une nouvelle méthode hybride de détermination de l'ensemble des points non dominés. Nous montrons que celle-ci peut également servir à obtenir une approximation de l'ensemble des points non dominés. Cette méthode est implantée pour le problème de l'arbre couvrant de poids minimal. Les quelques propriétés de ce problème que nous passons en revue nous permettent de spécialiser certaines procédures et d'intégrer des prétraitements spécifiques. L'intérêt de cette approche est alors soutenu à l'aide de résultats expérimentaux. / This thesis deals with several aspects related to solving multi-objective problems, without restriction to the bi-objective case. We consider exact solving, which generates the nondominated set, and approximate solving, which computes an approximation of the nondominated set with a priori guarantee on the quality.We first consider the determination of an explicit representation of the search region. The search region, defined with respect to a set of known feasible points, excludes from the objective space the part which is dominated by these points. Future efforts to find all nondominated points should therefore be concentrated on the search region.Then we review branch and bound and ranking algorithms and we propose a new hybrid approach for the determination of the nondominated set. We show how the proposed method can be adapted to generate an approximation of the nondominated set. This approach is instantiated on the minimum spanning tree problem. We review several properties of this problem which enable us to specialize some procedures of the proposed approach and integrate specific preprocessing rules. This approach is finally supported through experimental results.

La variété des concepts d’aéronef à voilure tournante n’a d’égal que l’étendue de leur champ applicatif. Une question essentielle se pose alors : quel concept est le plus adapté face à un certain nombre de missions et de spécifications ? Pour y répondre il faut pouvoir évaluer les performances de vol et les impacts environnementaux de ces appareils. Le projet de recherche fédérateur C.R.E.A.T.I.O.N. pour « Concepts of Rotorcraft Enhanced Assessment Through Integrated Optimization Network » a pour but de mettre en place une plateforme numérique de calculs multidisciplinaires et multiniveaux de modélisation capable d’évaluer de tels critères. La multidisciplinarité fait écho aux différentes disciplines associées à l’évaluation des giravions tandis que l’aspect multi-niveaux de modélisation reflète la possibilité d’étudier un concept quelque soit l’état des connaissances sur ce dernier. La thèse s’inscrit dans ce projet. Une première implication est le développement de modèles de performances de vol et leur intégration dans des boucles de calculs multidisciplinaires. Au-delà de cet aspect de modélisation physique, la multidisciplinarité touche aussi le champ des mathématiques appliquées. Les méthodes d’optimisation multi objectifs multi paramètres, l’aide à la décision pour la sélection d’un optimum de meilleur compromis, l’exploration de bases de données, la création de modèles réduits sont autant de thématiques explorées dans cette thèse. / On the one hand the diversity of rotorcraft concepts is very rich, on the other hand the extent of their applications is very wide. Then a key question is raising: What is the most suitable concept facing a number of missions and specifications ? For answering, models and methods are required for predicting and evaluating the flight performances and environmental impact of rotorcraft. The project «Concepts of Rotorcraft Enhanced Assessment Through Integrated Optimization Network» (C.R.E.A.T.I.O.N.) aims at developing a multi-disciplinary and multi-level modelling calculation chain. The multi-disciplinary feature comes from the involvement of different disciplines in rotorcraft design. The multi modelling levels are defined to allow the evaluation of any rotorcraft concept whatever the level of details available in the description data. The present thesis is part of this project. First steps are the implementation of statistical models able to initialize the rotorcraft presizing from some specifications, the development of an analytical code that evaluates flight performances and its integration into the multidisciplinary calculation chain. A preliminary design conception chain using multidisciplinary optimization is setup and applied to a practical case showing its efficiency as presizing methodology. For this purpose multi-objectives exploration algorithms and decision aid methods to select a best compromise solution are also studied. The exploration of databases and creating response surface models are other themes explored in this thesis.

Dans le contexte du réchauffement climatique global, les institutions académiques et internationales comme GIEC et de nombreux pays ont proposé des objectifs de réduction des émissions de CO2. L'objectif de cette thèse est d'évaluer ces objectifs gouvernementaux en les comparants avec les objectifs globaux à l'aide de différentes méthodes d'allocations lesquelles correspondent à différents principes d'équité en matière d'émissions carbones.Afin d'évaluer les feuilles de route technologique permettant d'obtenir les réductions d'émission de CO2 nécessaires, un modèle qualifié de flexible est proposé à destination des décideurs. Notre modèle permet d'éviter les opérations informatiques complexes et peut être personnalisé en fonction de différents besoins. Les simulations sont réalisées jusqu'à l'horizon 2050 lequel est souvent considéré comme un pivot dans les habitudes de consommation d'énergies notamment. Dans cette thèse, des feuilles de route technologique pour les différents objectifs gouvernementaux en matières d'émissions de CO2 sont étudiées pour trois pays : la Chine, la France et les États-Unis. Le modèle couvre les principaux secteurs responsables des émissions de CO2 et étudie l'influence de différentes technologies sur le mix énergétique. Diverses méthodes et approches sont utilisées dans notre modélisation. L'identité IPAT est utilisée pour la décomposition des émissions dans les secteurs de l'énergie. Le modèle STIRPAT permet quant à lui d'évaluer l'évolution des émissions de CO2 dans les scénarios Business-as-Usual. Le modèle SVR est utilisé dans le cadre des projections de production d'électricité. Enfin, l'indice de Theil est employé pour mesurer les inégalités d'émissions de CO2 par tête. A la différence des modèles plus classiques en économie de l'énergie, notre modèle propose des feuilles de route technologiques selon différents critères, comme par exemple avec le développement « équilibré » de la technologie entre les secteurs, ou le critère de disponibilité des ressources énergétiques. Par ailleurs, l'équité carbone, avec la convergence des technologies dans les secteurs à long terme, peut être mise en œuvre dans notre modèle et joue, dans ce cas, comme une contrainte supplémentaire dans l'optimisation multi-objectifs.Nos résultats montrent que les objectifs gouvernementaux en France et aux États-Unis sont « très stricts » car, pour les atteindre, tous les secteurs doivent réaliser des efforts importants de réduction de CO2. En revanche, l'objectif gouvernemental de la Chine s'avère « plus facile » à réaliser car les progrès dans les technologies qui sont nécessaires sont moins exigeants.Plus précisément, si on prévoit que le mix énergétique reste inchangé en Chine et aux États-Unis, le CSC deviendra indispensable dans le secteur de l'énergie. Pour la France, 80% des voitures devront être remplacées par des véhicules électriques afin d'atteindre son objectif en matière de CO2.Toutefois, en considérant l'équité carbone entre secteurs, la combustion du charbon est censée être réduite de deux tiers en Chine et devra être pratiquement éliminée aux États-Unis. Par contre, le gaz peut être encouragé dans son utilisation dans le secteur de l'énergie en particulier aux États-Unis. Concernant le secteur du transport, plus de 60 % des véhicules doivent être remplacés par des véhicules électriques en Chine. Cette part serait d'environ 90 % en France et aux États-Unis.Enfin, la sensibilité des paramètres du modèle a été testée pour simulations, à chaque étape du travail, et pour toutes les roadmaps technologiques. Les résultats des tests de sensibilité montrent que la production d'électricité et l'intensité d'émissions sont les deux paramètres dont l'influence est la plus importante sur les émissions futures de CO2. Ainsi l'amélioration de l'efficacité de la combustion du charbon et de l'efficacité énergétique de l'électricité joueront un rôle central dans la réductions des émissions de CO2. / In the context of global warming, academic institutes, international institutions such as the IPCC, and governments of numerous countries have proposed global objectives of reducing CO2 emissions and announced national targets. The purpose of this thesis is to assess the governmental targets in comparing with the global objectives of various allocation methods, which correspond to different carbon equity principles.In order to evaluate the technology roadmaps which are necessary to achieve these reductions of CO2 emissions, a flexible modeling framework is proposed for policy makers. Our sectoral model avoids the complex computing operations. It can be customized according to different requirements and situations. We simulate the model up to the horizon 2050, which is often seen as a turning point in energy use patterns worldwide – forced by the probable decline in hydrocarbons extraction.In the thesis, the technology roadmaps for the governmental targets on CO2 emissions are studied for three typical countries: China, France, and the United States. The model covers the sectors responsible for the greatest part of CO2 emissions: power, transport, residence and industry sector, in studying the impacts of the principle energy technologies, such as energy mix, Carbon Capture and Storage (CCS), electric vehicles and energy efficiency.Various methods and approaches are used in our modeling. IPAT identity - which assumes the environment Impact is the results of Population, Affluence and Technology - is employed in the power sector emission decomposition. Besides STIRPAT - for Stochastic Impacts by Regression on Population, Affluence and Technology - model is used for the projection of CO2 emissions in the Business-as-Usual scenario. Then SVR - for Support Vector Regression - is used to forecast electricity production. Finally, the Theil index is employed as the measurement of per capita CO2 emission inequality. Different from classic cost-effective energy system models, our model provides the technology pathways for different criteria, such as balanced development of energy technology across sectors, availability of energy resources, etc. Besides, the carbon equity is employed as one of the constraints in the multi-objective optimization, under the consideration of the convergence of technologies in sectors in the long-term.Our results show that the governmental targets in France and the United States prove very strict, as they require all sectors to make large efforts in reducing CO2 emissions. In contrast, the governmental target in China seems more easily achievable, as the necessary advances of technologies are less demanding. More precisely: if the energy mix is expected to be kept unchanged in China and in the United States of America, the CCS prove indispensable in the power sector. In France, 80% of automobiles are required to be changed into electric vehicles, in order to get the target of CO2 emissions.However, under the sectoral carbon equity consideration, coal combustion is projected to be reduced by two thirds in China, and it will have to be almost eliminated in the United States to achieve their CO2 reduction target. But gas is encouraged to be used in the power sector, especially in the United States. Regarding the transport sector, more than 60% of vehicles should be replaced to electric vehicles in China, and this share will be about up to 90% in France and the United States.Finally the sensitivity of parameters in the model is tested for a robust simulation, at each step of the work, and for all technology roadmaps. The results of the sensitivity tests show that electricity production and the emission intensity of production are the two parameters with the most important influence on CO2 emissions. Thus improving the efficiency of coal combustion and the energy efficiency of electricity will play an important role in the CO2 emission reductions.

Cette thèse présente le dimensionnement d’une machine électrique à rotor disque pour la traction de véhicules hybrides. Un état de l’art complet sur les machines électriques à rotor disque permet de montrer que la machine à flux axial à rotor central est la plus adaptée. Différentes géométries du circuit magnétique sont successivement étudiées et comparées par simulations par éléments finis. Pour maximiser le rendement de la machine, les pertes d’origine électromagnétique sont étudiées. Un modèle analytique des pertes par effet de peau dans les conducteurs de cuivre est proposé et validé par éléments finis. Un second modèle analytique estime les pertes par courant induits dans les aimants permanents pour tous les points de travail de la machine se basant sur uniquement trois simulations par éléments finis permettant ainsi un gain de temps important lors du dimensionnement. Deux méthodes de dimensionnement sont comparées : le dimensionnement manuel par essais/erreurs et l’optimisation multi-objectifs. Cette dernière méthode automatise le dimensionnement et permet une optimisation plus pointue et une forte amélioration des performances. Dans ce cas, la densité de couple a par exemple été augmentée de 29%. La machine à flux axial dimensionnée est comparée avec une machine à flux radial pour véhicules hybrides. Cette comparaison révèle le potentiel de la machine à flux axial avec notamment une densité de couple augmentée de plus de 20%. Enfin, deux prototypes ont été construits et mesurés pour valider les simulations. / This PhD presents the design of a disc rotor electric machine for the traction of hybrid vehicles. A complete state of the art enables the selection of the internal rotor axial flux machine which is the most suited to this application. Different geometries of the magnetic circuit are successively studied and compared with finite elements simulations. To maximize the efficiency of the machine losses generated in the magnetic circuit are studied. An analytic model on the skin effect in the copper conductors is proposed and validated with finite elements simulations. A second analytic model estimates the eddy current losses in the permanent magnets for every operating point of the machine based on only three finite element simulations enabling an important time-saving. Two dimensioning methods are compared: the manual dimensioning based on a tries/errors method and the multi-objectives optimization. This last method automates the dimensioning and enables a more refined optimization and a strong improvement of the performances. For example, the torque density has been improved by 29% in that case. The designed axial flux machine is compared to a state of the art radial flux machine for hybrid vehicle. This comparison shows the potential of the axial flux machine with an improvement of the torque density by more than 20%. Finally two prototypes have been built and measured to validate the simulations.