Actuellement, le marché aéronautique est en constante augmentation. Pour faire face à cela, les avionneurs doivent se restructurer et revoir les processus de fabrication des pièces. En effet, il est nécessaire d’augmenter les cadences et réduire les prix tout en conservant les performances des pièces (poids et résistance mécanique). Cependant, ces trois objectifs sont contradictoires et un compromis est difficile à trouver. Ces travaux de thèse abordent cette problématique dans le cadre du CORAC. Ils proposent une manière originale d’optimiser une pièce de structure aéronautique qui vise à développer une nouvelle approche de la conception de pièces et de processus de fabrication pour tendre vers des solutions de compromis performantes. Pour ce faire, une méthodologie multicritère en trois étapes est proposée. D’abord, l’expertise industrielle est formalisée afin de formuler le problème mathématiquement. Ensuite, un algorithme génétique est utilisé afin de déterminer une population de solutions dont les performances sont placées sur un front de Pareto.Enfin, une étape de choix parmi la population finale prenant en compte le contexte industriel est mise en place. Cette méthodologie est appliquée à une porte d’avion moyen-courrier fabriquée par matriçage puis usinage. Dans ce cas, elle permet de choisir la solution la plus adaptée au contexte industriel parmi mille solutions de compromis. / Nowadays, the aeronautical market grows constantly. To face this, aircraft industry has to restructure and the manufacturing processes must be revised. Indeed, production rate must increase and manufacturing cost decrease while keeping the performances of the parts (weight and mechanical resistance). These objectives are contradictory and compromises must be found. This thesis broaches this problematic in relation to the CORAC. A novel method to optimize an aeronautical structural part and its manufacturing process is developed to tend toward performing compromise solutions. To do so, a three steps multi-criteria method is proposed. First, the industrial expertise is formalized to mathematically express the problem. Then, a genetic algorithm is used to determine a population in which every solution is located on a single Pareto front. At least, a decision step is set up to find the best solution in the population considering the industrial environment of the part. This methodology is applied to an aircraft door manufactured by forging and machining. In this case, it allows choosing the solution that fit the most the industrial environment within a one thousand solutions’ population.

Cette thèse aborde l'optimisation multicritère et l'optimisation à deux niveaux. L'investigation porte principalement sur les méthodes, les applications et les liens possibles entre les deux classes d'optimisation. Premièrement, nous développons une méthode de résolution des problèmes d'optimisation linéaire multicritère. Pour ce faire, nous introduisons une nouvelle caractérisation des faces efficaces et exploitons le résultat selon lequel l'ensemble des tableaux idéaux associés aux sommets extrêmes dégénérés est connexe. Ceci a permis de développer une approche de parcours de sommet extrême pour générer l'ensemble des solutions efficaces. Dans le même ordre d'idée, nous développons une méthode de résolution des problèmes linéaires à deux niveaux. L'approche est basée sur un résultat, que nous avons formalisé et démontré, qui stipule que la solution optimale du problème linéaire à deux niveaux est l'un des sommets extrêmes du domaine admissible. L'implémentation de l'approche a permis de démontrer qu'il existait dans la littérature des problèmes dont les solutions connues étaient fausses. Deuxièmement, en termes d'applications, nous construisons un modèle d'optimisation multicritère pouvant être exploité dans l'optique d'une planification optimale de la distribution de l'énergie électrique au Cameroun. Nous proposons aussi, à partir d'un modèle d'optimisation à deux niveaux, une technique dont la mise en œuvre par l'État pourrait permettre de protéger les industries locales de la concurrence des firmes internationales. Enfin, nous étudions l'interrelation entre l'optimisation multicritère et l'optimisation à deux niveaux. Tout d'abord, nous tirons des conditions de Pareto-optimalité des solutions du problème à deux niveaux. Ensuite, nous montrons qu'il est possible d'obtenir une solution optimale de certaines classes de problèmes d'optimisation à deux niveaux en résolvant deux problèmes particuliers d'optimisation multicritère. Puis, nous étudions le cas de problème à deux niveaux dans lequel chaque décideur possède plusieurs fonctions objectifs conflictuelles, en nous focalisant sur le cas linéaire. Après, nous construisons un problème artificiel d'optimisation linéaire multicritère dont l'ensemble des solutions efficaces est égal au domaine des solutions admissibles du problème du leader. Pour terminer, nous utilisons ce résultat pour proposer deux approches de résolution dépendant chacune des aspirations du leader / This thesis addresses two important classes of optimization : multiobjective optimization and bilevel optimization. The investigation concerns their solution methods, applications, and possible links between them. First of all, we develop a procedure for solving Multiple Objective Linear Programming Problems (MOLPP). The method is based on a new characterization of efficient faces. It exploits the connectedness property of the set of ideal tableaux associated to degenerated points in the case of degeneracy. We also develop an approach for solving Bilevel Linear Programming Problems (BLPP). It is based on the result that an optimal solution of the BLPP is reachable at an extreme point of the underlying region. Consequently, we develop a pivoting technique to find the global optimal solution on an expanded tableau that represents the data of the BLPP. The solutions obtained by our algorithm on some problems available in the literature show that these problems were until now wrongly solved. Some applications of these two areas of optimization problems are explored. An application of multicriteria optimization techniques for finding an optimal planning for the distribution of electrical energy in Cameroon is provided. Similary, a bilevel optimization model that could permit to protect any economic sector where local initiatives are threatened is proposed. Finally, the relationship between the two classes of optimization is investigated. We first look at the conditions that guarantee that the optimal solution of a given BPP is Pareto optimal for both upper and lower level objective functions. We then introduce a new relation that establishes a link between MOLPP and BLPP. Moreover, we show that, to solve a BPP, it is possible to solve two artificial M0PPs. In addition, we explore Bilevel Multiobjective Programming Problem (BMPP), a case of BPP where each decision maker (DM) has more than one objective function. Given a MPP, we show how to construct two artificial M0PPs such that any point that is efficient for both problems is also efficient for the BMPP. For the linear case specially, we introduce an artificial MOLPP such that its resolution can permit to generate the whole feasible set of the leader DM. Based on this result and depending on whether the leader can evaluate or not his preferences for his different objective functions, two approaches for obtaining efficient solutions are presented

La fabrication additive est un domaine en plein essor. Cependant, les industriels sont aujourd’hui dans une phase d’interrogation sur l’utilisation de ce procédé dans le cadre d’une production de masse. La problématique posée dans le cadre de ces travaux de recherche est : Comment rendre viable, industriellement, le procédé de fusion sur lit de poudre ? Nos travaux abordent la conception et le pilotage d’ateliers intégrant la fabrication additive et le processus complet d’obtention de la pièce selon les trois niveaux de décision : stratégique, tactique et opérationnel. D’un point du vue stratégique, des décisions fortes d’investissement, de sélection de machines et de choix d’organisation sont à prendre avec des enjeux économiques importants. L’objectif est de définir une méthode d’optimisation multicritère pour la conception modulaire d’un système de production intégrant la fabrication additive en présence de données incertaines, optimale sur le long terme et sur le court terme. D’un point de vue tactique, toutes les pièces ne sont pas forcément des candidates pertinentes pour la fabrication additive. Dans ces travaux, nous avons développé un outil d’aide à la décision qui évalue la pertinence ou non de la fabrication additive pour l’obtention des pièces dans une approche globale des coûts. Au niveau opérationnel, nous proposons un outil basé sur la simulation de flux qui permet de passer des commandes aux ordres de fabrication et leur ordonnancement de manière à garantir l’efficience de l’atelier. Ces travaux de recherche sont développés en lien avec des acteurs du monde industriel : AddUp, MBDA et Dassault qui alimentent nos travaux et nous permettent de confronter nos outils à une réalité industrielle. / The additive manufacturing is a field on the rise. However, companies wonder about the use of additive manufacturing for mass production. The problem raised in the context of this thesis is: How to make the process of sintering laser melting industrially viable? Our work focuses on the design and on the management of workshops integrating the additive manufacturing and of the complete process to obtain part according to three levels of decision: strategic, tactic and operational. About the strategic level, strong decisions of investment, machines selection and organization choice are taken with important economic issues. The aim is to define a multicriteria optimization method for the modular design of a production system integrating the additive manufacturing in the presence of uncertain data, optimal in the long term and the short term. From a tactical point of view, not all parts are necessarily relevant candidates for additive manufacturing. In this work, we developed a decision support tool that evaluates the relevance or not of additive manufacturing to obtain parts in a global cost approach. At the operational level, we offer a tool based on flow simulation that allows orders to be placed to production orders and their scheduling in order to guarantee the efficiency of the workshop. This research work is developed in collaboration with companies: AddUp, MBDA and Dassault, who contribute to our work and enable us to compare our tools with an industrial reality.

Le contexte sociétal et environnemental en France et en Europe durant ces dernières années est largement favorable à l’électrification des moyens de transports, principalement les véhicules, afin de réduire les émissions de CO2. Les pouvoirs publics déploient d’importants efforts afin de rendre les véhicules électrifiés plus accessibles aux citoyens, en octroyant des primes conséquentes lors de l’achat de véhicules « propres ». De leur côté, les constructeurs automobiles cherchent à diminuer le coût des véhicules électriques et hybrides en proposant des solutions techniques pouvant réduire le coût de fabrication des organes, principalement les batteries, les moteurs thermiques et électriques, tout en assurant des performances élevés. L’objectif principal de cette thèse est d’étudier et de réaliser une machine électrique répondant à un cahier des charges très contraignant en termes d’encombrement axial et de densité de couple pour une application comme moteur de traction d’un véhicule hybride. De plus, cette machine doit être innovante, robuste et dont le procédé de fabrication est automatisable et à faible coût. Ainsi, un état de l’art élargi sur les différentes machines électriques a été effectué. En fonction des exigences liées à notre application, une machine à flux axial à aimants permanents enterrés à bobinage concentrique a été choisie.Initialement, un modèle analytique simplifié a été établi et couplé à un outil d’optimisation. Les paramètres géométriques et électriques obtenus ont été alors réajustés en utilisant un modèle numérique basé sur les éléments finis 3D. Différentes modifications ont été apportées à cette machine initiale en raison de l’évolution du cahier des charges des performances et des contraintes géométriques. Les grandeurs électromagnétiques telles que le couple et la puissance ont été analysées pour différents points de fonctionnement. Les pertes dans les aimants permanents ont été calculées en développant un modèle numérique hybride basé sur les différences finies 3D, réduisant ainsi le temps de calcul comparativement aux éléments finis 3D. Afin de valider les différents résultats obtenus, un prototype de la machine a été réalisé. Cette machine a également été modélisée en utilisant les Circuits Equivalents Magnétiques quasi-3D. Ce modèle semi-analytique est générique par rapport aux dimensions géométriques et électriques, avec une discrétisation adaptative. De plus, les effets de denture et de saturation sont pris en compte. Les inductions magnétiques, les flux magnétiques et le couple électromagnétique ont pu être obtenus avec ce modèle, en assurant une bonne précision et un temps de calcul réduit comparativement aux éléments finis 3D. / The societal and environmental context in France and Europe during the last few years has been largely favorable to the electrification of transportation means, mainly vehicles, in order to reduce CO2 emissions. The authorities are working hard to make the electrified vehicles more affordable, by providing substantial premiums during the purchase of “clean” vehicles. For their part, the automakers are looking to reduce the cost of electric and hybrid electric vehicles by offering technical solutions that can reduce the manufacturing cost of the car components, mainly batteries, thermal and electric motors, while ensuring high performances. The main objective of this thesis is to study and realize an electric machine, which satisfies very restrictive specifications in terms of axial size and torque density in order to be used as a traction motor for a hybrid electric vehicle. In addition, this machine must be innovative, with a high reliability, low cost and automated manufacturing process. Thus, a state of art about the various electric machines has been achieved. Depending on the requirements of our application, an axial flux machine with buried permanent magnets and concentrated winding has been selected. Initially, a simplified analytical model has been developed and coupled to an optimization tool. The obtained geometrical and electrical parameters have been adjusted using a numerical model based on the 3D finite element. Various modifications have been applied to the initial machine due to the modification of the geometrical and performance specifications. Electromagnetic performances such as torque and power have been analyzed for various operating points. Losses in the permanent magnets have been calculated using a hybrid numerical 3D model based on the finite difference and finite element, which allows to reduce the computation time compared to transient 3D finite element. In order to validate the different results, a prototype of the machine has been realized. This machine has also been modeled using a quasi-3D magnetic equivalent circuits. This semi-analytical model is generic regarding the geometrical and electrical parameters, with an adaptive discretization. Furthermore, the saturation and the slotting effects have been taken into account. The magnetic flux density, the flux linkage and the electromagnetic torque have been calculated with this model, ensuring high accuracy and reduced time computation compared to 3D finite element.

La conception des systèmes d'entrainement de bande est étudiée depuis de nombreuses années. Ces systèmes sont très répandus dans l'industrie puisque le conditionnement sous forme de bobines simplifie le traitement de nombreux matériaux tels que le papier, le carton, les polymères, ... Ces systèmes regroupent un grand nombre de difficultés : ils sont de grande dimension, un fort couplage existe entre les grandeurs et de nombreux paramètres varient au cours du temps. La méthode d’optimisation classique consiste à considérer chaque partie du système sans tenir compte des autres. De plus, au sein d'un même sous-ensemble, l’optimisation est réalisée discipline par discipline. Une nouvelle approche est proposée et appliquée à la synthèse de la commande : il s’agit de considérer le système global en prenant en compte la robustesse paramétrique. Ensuite, le choix optimal du tracteur maître et de la technologie d'asservissement de la tension de bane associée sont étudiées. / The design of roll-to-roll systems is studied for several years. This kind of system is very common in industry because the wound roll packaging simplify the treatment of material such as paper, cardboard, polymers, metal ... The studied systems have a high number of difficulties: they are large scale systems, a high coupling between physical values exists and several parameters are time dependent. The classical optimisation method consists in considering separately each subsystem without taking into account interactions. Moreover, the classical optimisation is made for each scientific field. A new approach is developed and applied to controller synthesis: the controllers are synthesized considering the global system with parametric uncertainties. The optimal choice of the master roller position and the technology used to control web tension are then studied.

La généralisation planifiée du Bâtiment à Énergie POSitive est un enjeu important de développement durable, notamment dans une vision à long terme. Cependant, concevoir de tels bâtiments à moindre impact environnemental et à des coûts maîtrisés pour le marché constitue une problématique complexe pour les professionnels du secteur. Ces travaux de thèse se sont ainsi intéressés au développement d’une méthodologie permettant de fournir une aide à la décision opérationnelle et robuste pour l’écoconception de maisons à énergie positive (MEPOS). Basée sur l’optimisation multicritère (via un algorithme génétique), la démarche proposée associe au sein d’une plateforme multi-outils, simulation thermique dynamique, analyse de cycle de vie, et fonctions de coût de construction, pour identifier, sur une base multicritère (front de Pareto) et sur le cycle de vie, des concepts de MEPOS performantes et fournir au décideur une description des meilleurs compromis. Également intégrées dans la plateforme, des méthodes d’analyses de sensibilité et d’incertitude offrent la possibilité de sélectionner les variables de conception les plus influentes en amont de l’optimisation, et d’évaluer le risque de non-robustesse d’une décision en aval de l’optimisation, notamment au regard des incertitudes sur le comportement des occupants (avec un modèle stochastique d’occupation), et de l’évolution prévisible du climat jusqu’à la fin du siècle. Via une collaboration avec un constructeur, la méthodologie a été appliquée en temps réel au sein d’un processus de conception intégrée d’une MEPOS. / The planned generalisation of Plus Energy Buildings constitutes an important topic for sustainable development, especially in a long term vision. However, designing such buildings at lower environmental impact and with competitive cost for the market constitutes a complex issue for the sector’s professionals. This thesis focused on the development of a methodology providing an operational and robust decision support to eco-design plus-energy houses. Based on multi-criteria optimisation (via a genetic algorithm), the proposed approach combines in a multi-tools platform, dynamic building energy simulation, life cycle assessment, and cost construction functions, in order to identify, on a multi-criteria (Pareto front) and life cycle basis, efficient plus-energy houses concepts and to provide decision maker a description of the best compromises. Also included in the platform, sensitivity and uncertainty analysis methods offer the possibility to select the most influent design variables before optimisation, and to evaluate the non-robustness risk of a decision after optimisation, especially regarding uncertainties on occupants’ behaviour (with a stochastic model of occupancy) and climate’s predictable evolution up to the end of the century. Via collaboration with a constructor, the methodology was applied in real-time throughout a integrated design process of a plus-energy house.

Dans cette thèse, nous étudions le problème joint du routage et de l'attribution des "slots" entre les routeurs et les points d'accès dans les réseaux radio maillés. Nous le modélisons comme un problème de "Round weighting" dont l'objectif est de minimiser la période d'activation des "slots" en assurant une capacité suffisante pour répondre aux demandes de bande passante des routeurs. Résoudre le problème dans son intégralité nécessite la génération d'un ensemble exponentiel de "rounds", ce qui est hors de portée même pour des petits réseaux. Par conséquent, nous développons un modèle mathématique multicritère qui résout le problème en utilisant une méthode de génération de colonnes. Nous observons que le goulot d'étranglement est en général situé autour d'un point d'accès. Nous proposons une méthode pour obtenir des bornes inférieures et des bornes supérieures pour les graphes généraux. Nous appliquons ces méthodes aux grilles obtenant des formules closes pour des demandes uniformes et des stratégies optimales de routage pour des demandes non-uniformes. Motivé par les résultats sur l'existence d'une région limitée capable de représenter le réseau dans sa totalité, on considère une variante du RWP qui traite aussi de l'allocation de bande mais en considérant le SINR dans un réseau CDMA. Nous donnons des conditions suffisantes pour qu'un réseau puisse être réduit à un réseau mono-saut autour du point d'accès. Cela est dû au fait que le problème est convexe. Nous nous intéressons aux solutions optimales pour lesquelles chaque flot dans le goulot reçoit une partie juste de la bande passante disponible.

De toutes les composantes de l'écriture musicale, l'orchestration - ou l'art d'assembler les timbres instrumentaux - est longtemps demeurée, dans son enseignement comme dans sa pratique, une activité empirique. La difficulté de formaliser de manière rigoureuse l'ensemble des techniques inhérentes à cette discipline fait qu'aujourd'hui encore, l'orchestration reste un domaine peu abordé par l'informatique musicale et l'aide à la composition.<br /><br />Les rares outils actuels ramènent le problème de l'orchestration à la découverte, au sein de banques d'échantillons sonores instrumentaux, de combinaisons approchant au mieux un timbre fixé par le compositeur. Cette approche sera également la nôtre. Mais là où les méthodes actuelles contournent systématiquement le problème combinatoire de l'orchestration par le recours à des principes de décomposition ou à des algorithmes de matching pursuit, l'originalité de notre démarche est de placer les enjeux combinatoires au coeur de nos travaux et de traiter l'orchestration à la mesure de sa complexité.<br /><br />Envisageant tout d'abord la question comme un problème de sac à dos multi-objectifs, nous montrons que les non-linéarités dans les modèles de perception du timbre imposent un cadre théorique plus large pour l'aide à l'orchestration. Nous proposons une formalisation générique et extensible en nous plaçant dans un cadre de recherche combinatoire multicritère sous contraintes, dans lequel plusieurs dimensions perceptives sont optimisées conjointement pour approcher un timbre cible défini par le compositeur.<br />Nous validons dans un premier temps notre approche théorique en montrant, sur un ensemble de problèmes de petite taille et pour une caractérisation exclusivement spectrale du timbre, que les solutions du problème formel correspondent à des propositions d'orchestration pertinentes. Nous présentons alors un algorithme évolutionnaire permettant de découvrir en un temps raisonnable un ensemble de solutions optimales. S'appuyant sur la prédiction des propriétés acoustiques des alliages instrumentaux, cette méthode propose des solutions d'orchestration en fonction de critères perceptifs et encourage ainsi la découverte de mélanges de timbres auxquels le savoir et l'expérience n'auraient pas nécessairement conduit.<br />En outre, la recherche peut-être à tout moment orientée dans une direction privilégiée. Parallèlement, nous définissons un cadre formel pour l'expression de contraintes globales et introduisons une métaheuristique innovante de résolution, permettant de guider la recherche vers des orchestrations satisfaisant un ensemble de propriétés symboliques en lien direct avec l'écriture musicale.<br /><br />Nous présentons enfin un prototype expérimental d'outil d'aide à l'orchestration utilisable directement par les compositeurs, dans lequel l'exploration des possibilités de timbres est facilitée à travers une représentation multi-points de vue des solutions et un mécanisme interactif des préférences d'écoute. Nous terminons avec une série d'exemples d'application de nos travaux à des problèmes compositionnels concrets.

Les travaux présentés dans ce mémoire visent à développer une méthodologie de dimensionnement des machines synchrones à aimants permanents à flux axial. La mise en œuvre de cette méthodologie suppose de disposer d'un modèle mathématique définissant le comportement physique de la structure. Le modèle dimensionnant proposé dans ce mémoire est multi-échelle et est issu d'une modélisation magnéto-thermo-mécanique de la machine. Le problème de dimensionnement est ensuite écrit sous forme d'un problème d'optimisation multi-physique et multi-critères sous contraintes. Pour le résoudre, deux méthodes d'optimisation, s'appuyant sur les algorithmes génétiques et l'algorithme DIRECT, ont été implantées. En fin, la méthodologie de dimensionnement développée est évaluée dans le cas d'un aérogénérateur (10kW, 200tr/mn) dédié aux sites isolés.

Les travaux présentés dans cette thèse, qui s’inscrivent dans le cadre du projet franco-allemand DSS_Evac_Logistic, visent à proposer des méthodes permettant de calculer des plans d’évacuation macroscopiques d’une ville lors d’une catastrophe majeure. Deux problèmes d’évacuations sont considérés dans cette thèse : le problème d’évacuation par bus et le problème d’évacuation par bus et voitures. Le problème d’évacuation par bus a pour objectif de définir un plan d’évacuation afin de mettre à l’abri les évacués. Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés à l’étude de trois versions du problème d’évacuation par bus. La première version est monocritère où nous cherchons à minimiser la date de fin d’évacuation. Puis, dans le second problème et afin d’assurer la sécurité des évacués, nous avons considéré une version bicritère qui généralise le cas monocritère, en incluant le risque encouru lors de l’évacuation des personnes. Les deux critères à minimiser sont la date de fin d’évacuation et le risque. La troisième version est une version robuste bicritère qui permet d’appréhender l’incertitude sur les données. Le but est de minimiser à la fois la date de fin d’évacuation et les modifications apportées sur une solution, de sorte qu’elle soit réalisable pour n’importe quel scénario de données. Pour résoudre ces problèmes d’évacuation par bus, nous avons proposé des méthodes exactes et des méthodes heuristiques. / The work presented in this thesis, which is a part of the Franco-German project DSS_Evac_Logistic, aims at proposing methods to calculate macroscopic evacuation plans for mid-size towns after a tremendous disaster. Two evacuation problems have been tackled in this thesis : the bus evacuation problem and bus-and-vehicle evacuation problem. The bus evacuation problem aims at calculating an evacuation plan to relocate evacuees outside the endangered area. In this thesis, we consider three versions of the bus evacuation problem. The first one is a monocriterion problem, where the objective is to minimize the maximum evacuation time. In order to guarantee the safety of evacuees, we have considered a bicriteria problem, which is a generalization of the monocriterion version, in which we take into consideration the risk exposure of the evacuees. Consequently, the bicriteria problem is solved by minimizing the total evacuation time and the risk. The third version is a bicriteria robust version because most of the planning data is subject to uncertainty. The goal is to minimize both the evacuation time and the vulnerability of the schedule that is subject to different evacuation circumstances. To solve all the versions of the bus evacuation problem, we have developed exact solutions based on mathematical formulation to address small instances and heuristic solutions to deal with larger instances.