La gestion du trafic aerien (air-traffic management, ATM) consiste en une composante predictive (planification du trafic) et en une composante adaptative (controle du trafic). Le but de la composante predictive est de trouver un equilibre entre la demande de l'espace et la capacite disponible. Une fois que les avions ont decolle, la composante adaptative doit les guider en toute securite vers leurs destinations. Des incertitudes, telles que retards ou defaillances techniques, creent des phenomenes d'ecarts entre la composante predictive et adaptative. Cela entraine des problemes de securite ainsi qu'une utilisation sous-optimale de capacite. Meme si les causes majeures des incertitudes sont connues (incertitude de demande, incertitude de capacite, incertitude de gestion de flux), les mecanismes perturbateurs restent inconnus. L'approche de cette these est d'analyser des donnees d'ecoulement de trafic afin d'engendrer de nouvelles hypotheses sur les mecanismes qui causent des ecarts entre la composante predictive et adaptative dans l'ATM. C'est un premier pas pragmatique dans l'analyse d'un phenomene physique. Il est fonde sur le calcul des probabilites et plus precisement sur l'interpretation frequentiste des probabilites. On utilise des techniques d'analyse de donnees multi-variees et des processus ponctuels stochastiques afin d'inferer de nouvelles connaissances sur le phenomene. Nos resultats principaux sont: (i) des ecarts systematiques existent dans tous les secteurs evalues. Leur taille peut etre caracterisee par des distributions de Poisson et on constate une tendance systematique a supprimer le trafic sur des niveaux eleves de planification. C'est un resultat contre-intuitif car l'on s'attend a ce que les differents facteurs d'incertitude s'annullent en moyenne. Ensuite on montre que des perturbations aleatoires d'un processus d'arrivee causent des ecarts systematiques dans deux classes de plan de vol. On conclut que meme si toutes les incertitudes controlables etaient eliminees, des ecarts systematiques entre le nombre planifie et observe de vols apparaisseraient. Ce resultat est utile pour la planification tactique des flux. De nouvelles contraintes pour le probleme de l'allocation de creneaux peuvent etre formulees en identifiant des plans de vol qui sont robustes aux perturbations aleatoires. (ii) on montre que les ecarts se propagent uniquement le long des routes aeriennes. Aucune propagation non-attendue n'est identifiee. Cela indique que les controlleurs aeriens n'utilisent pas systematiquement le re-routage pour compenser les ecarts. On remarque egalement des probabilites de queue elevees et on propose deux (nouveaux) modeles de series chronologiques qui decrivent les caracteristiques du processus de perturbation des plans de vol. Cela indique que les perturbations sont d'une nature heterogene et non-independante. Le resultat est empirique et on affirme que le comportement observe est du a des dependances entre les avions intervenant sur un long-terme. Comme travaux futurs on propose de continuer l'identification des ordonnancements de vol qui absorbent l'impact des incertitudes non-controlables et de developper des modeles statistiques qui expliquent les echantillons long-terme de congestion. Ceci constitue une base pour la quantifiaction de l'impact des decisions locales sur la performance globale du reseau de transport.

La mobilité urbaine est clairement identifiée aujourd'hui comme étant la mobilitédes personnes et des biens dans une ville. Si les passagers ont connu l'effervescencescientifique pour la planification des transports, le développement de nouveaux servicesou encore la mise en place de systèmes d'information sophistiqués, il demeure unecomposante encore trop méconnue qui est celle du transport de biens. Par ailleurs,intuitivement, les deux flux s'influencent mutuellement puisqu'ils utilisent la mêmeinfrastructure. Alors, pour une autorité organisatrice des transports, l'objectif est, à terme,de rationaliser les flux de passagers et marchandises pour réduire la congestion, lapollution et la consommation d'énergie, étapes nécessaires au développement urbaindurable. Par conséquent, les services techniques de déplacements des villes s'interrogentsur les méthodes et outils pour pouvoir intégrer ces deux types de flux lors de la prise dedécisions liées à la mobilité urbaine.Cette thèse, conduite dans le cadre du projet de recherche national ANR CGOODS quiréunit plusieurs partenaires académiques et institutionnels, se propose d'évaluer l'intérêtde la mise en oeuvre d'un système de transport urbain mixte au profit de voyageurs et dufret. Le système de transport proposé assure la distribution de marchandises à partir d'uncentre de distribution urbaine, en s'appuyant sur une ligne de transport en commun. Lesvéhicules circulant sur la ligne utilisent leur capacité résiduelle pour transporter lesmarchandises. Les marchandises sont déchargées aux arrêts de la ligne. Un système dedistribution capillaire associé à chaque arrêt assure la livraison aux destinataires finauxpar des tournées. Nous visons à définir d'un point de vue organisationnel et fonctionnelles atouts économiques, environnementaux et sociétaux de ce système ; le but est defournir un cadre méthodologique pour guider sa mise en place. / An efficient and effective transport for passengers and goods is an essentialelement for cities' daily life and development. As passengers need to resort to efficienttransport solutions, allowing to reach their destinations at scheduled time, similarly,goods must be handled quickly to avoid creating excessive stocks and to minimizewarehouses size and related operating costs. As urban space is a limited resource, it iscommonly argued that passengers and goods flows inter-act each other strongly.Considering the fact that both flows are growing and growing in urban environment(European Commission, 2007) the global level of urban accessibility decreases.According to this trend, congestion problems occur and as a result the travel timeincreases for all.Cities need new scenarios to reverse this trend. Facing this challenge, ourresearch aims at defining a model which will constitute a first framework to plan and tocontrol both passengers and goods flows in the urban environment. It focuses on thesharing concept, which means to make a joint use of transport resources, betweenpassengers and goods flows. Driving under the national research project ANR CGOODS(City Goods Operation Optimization using Decision support System) this study assessesthe interest of implementing an shared urban transport system. The proposed transportsystem ensures the supply of goods in a medium-sized town, from an urban distributioncenter, based on a transit line that carries passengers. Vehicles running on the line usetheir residual capacity to transport goods. The goods are unloaded by the stops of the line.An capillary distribution system associated with each stop ensures goods deliveries tofinal destinations. We aim to define the economic, environmental and societal impacts ofthis system, the purpose being to provide a methodological framework to guide itsimplementation.

La mobilité urbaine est clairement identifiée aujourd'hui comme étant la mobilitédes personnes et des biens dans une ville. Si les passagers ont connu l'effervescencescientifique pour la planification des transports, le développement de nouveaux servicesou encore la mise en place de systèmes d'information sophistiqués, il demeure unecomposante encore trop méconnue qui est celle du transport de biens. Par ailleurs,intuitivement, les deux flux s'influencent mutuellement puisqu'ils utilisent la mêmeinfrastructure. Alors, pour une autorité organisatrice des transports, l'objectif est, à terme,de rationaliser les flux de passagers et marchandises pour réduire la congestion, lapollution et la consommation d'énergie, étapes nécessaires au développement urbaindurable. Par conséquent, les services techniques de déplacements des villes s'interrogentsur les méthodes et outils pour pouvoir intégrer ces deux types de flux lors de la prise dedécisions liées à la mobilité urbaine.Cette thèse, conduite dans le cadre du projet de recherche national ANR CGOODS quiréunit plusieurs partenaires académiques et institutionnels, se propose d'évaluer l'intérêtde la mise en oeuvre d'un système de transport urbain mixte au profit de voyageurs et dufret. Le système de transport proposé assure la distribution de marchandises à partir d'uncentre de distribution urbaine, en s'appuyant sur une ligne de transport en commun. Lesvéhicules circulant sur la ligne utilisent leur capacité résiduelle pour transporter lesmarchandises. Les marchandises sont déchargées aux arrêts de la ligne. Un système dedistribution capillaire associé à chaque arrêt assure la livraison aux destinataires finauxpar des tournées. Nous visons à définir d'un point de vue organisationnel et fonctionnelles atouts économiques, environnementaux et sociétaux de ce système ; le but est defournir un cadre méthodologique pour guider sa mise en place.

L’allocation de la ressource de manière optimale, dans un système dynamique étendu, consiste à la répartir et à l’acheminer aux bons endroits, aux bons moments et en bonne quantité. Les flux transportés sont caractérisés par des non-linéarités et sont soumis à des retards lors de leur transfert, mais aussi, à des déformations importantes lorsque la ressource est un fluide. Dans ce travail, nous proposons de prendre en compte, dans la modélisation de ces systèmes, l’ensemble de ces contraintes pour une gestion optimale de transport de fluide. Le système est modélisé par un réseau de transport étendu afin de représenter l’évolution de la ressource au cours du temps et d’intégrer les retards inhérents aux transferts des flux. Afin d’introduire dans le graphe la dynamique des écoulements des fluides à surface libre, nous définissons des sommets de répartition permettant la modélisation des phénomènes de propagation des flux. Les objectifs de gestion sont représentés par des coûts sur les arcs. L’allocation optimale de la ressource est obtenue par la recherche du flot de coût minimal sur le réseau de transport. A cette fin, un algorithme d’optimisation prenant en compte les contraintes additionnelles issues des sommets de répartition est proposé. Les méthodes et algorithmes développés sont appliqués au cas des systèmes hydrographiques et à la problématique de l'allocation de la ressource en eau associée. Cette dernière est devenue cruciale en raison des effets négatifs de l'anthropisation des espaces naturels, du changement climatique et de l’augmentation des besoins. Il s’agit de partager la ressource en eau entre différents usagers, conformément à un ensemble d’objectifs et de priorités. L'allocation de la ressource en eau est réalisée en trois étapes principales : le diagnostic de l'état de la ressource disponible sur le système hydrographique à l'instant initial, incluant la prévision de son évolution sur l'horizon de gestion ; la détermination des actions à réaliser sur le système hydraulique pour allouer la ressource en respectant les contraintes et les objectifs ; la surveillance des données mesurées fournissant des indicateurs reconstitués de l’état du système. Les performances de la démarche proposée sont évaluées sur divers systèmes hydrographiques soumis à de multiples régimes hydrologiques. / Optimal allocation of the resource, in a large scale system, consists in distributing it and delivering it to the right places, at the right time and in the right quantity. The transported flows are characterized by nonlinearities and are subject to delays during their transfer, but also to significant deformations when the resource is a fluid. In this work, we propose to take into account, all these constraints in the modeling of these systems, for an optimal management of fluid transport. The system is modeled by an expanded flow network in order to represent the evolution of the resource over time and to integrate the delays that are inherent in flow transfers. In order to introduce the flow dynamics of open-channel flows into the graph, we define distribution nodes allowing to model the flow propagation phenomena. The water allocation objectives are represented by costs on the network’s arcs. The optimal allocation of the resource is obtained by the search for the minimal cost flow on the network. To this end, an optimization algorithm taking into account the additional constraints resulting from the distribution nodes is proposed. The methods and algorithms developed, are applied to the case of hydrographic systems and to the water resources management problem. The latter has become crucial due to the negative effects of anthropisation of natural areas, climate change and increasing needs. Water allocation consists in sharing the water resource between different users, according to a combination of objectives and priorities. The allocation of the water resource is carried out in three main steps: the diagnosis of the state of the available resource on the hydrographic system at the initial time step, including the forecast of its evolution over the management horizon; the determination of operations to be carried out on the hydraulic system to allocate the resource according to the constraints and objectives; the monitoring of the measured data in order to provide reconstructed indicators of the system’s state. The performances of the proposed approach are evaluated on various hydrographic systems, subjected to multiple hydrological regimes.

Cette thèse a pour objet la résolution exacte d’un problème d’optimisation des flux de puissance (OPF) dans un réseau électrique. Dans l’OPF, on doit planifier la production et la répartition des flux de puissances électriques permettant de couvrir, à un coût minimal, la consommation en différents points du réseau. Trois variantes du problème de l’OPF sont étudiées dans ce manuscrit. Nous nous concentrerons principalement sur la résolution exacte des deux problèmes (OPF − L) et (OPF − Q), puis nous montrerons comment notre approche peut naturellement s’´étendre à la troisième variante (OPF − UC). Cette thèse propose de résoudre ces derniers à l’aide d’une méthode de reformulation que l’on appelle RC-OPF. La contribution principale de cette thèse réside dans l’étude, le développement et l’utilisation de notre méthode de résolution exacte RC-OPF sur les trois variantes d’OPF. RC-OPF utilise également des techniques de contractions de bornes, et nous montrons comment ces techniques classiques peuvent être renforcées en utilisant des résultats issus de notre reformulation optimale. / Alternative Current Optimal Power Flow (ACOPF) is naturally formulated as a non-convex problem. In that context, solving (ACOPF) to global optimality remains a challenge when classic convex relaxations are not exact. We use semidefinite programming to build a quadratic convex relaxation of (ACOPF). We show that this quadratic convex relaxation has the same optimal value as the classical semidefinite relaxation of (ACOPF) which is known to be tight. In that context, we build a spatial branch-and-bound algorithm to solve (ACOPF) to global optimality that is based on a quadratic convex programming bound.