Les travaux de cette thèse sont les fruits de collaboration depuis 2008 entre l'ICL et le Centre Ingénierie et Santé (CIS) de l'Ecole des Mines de Saint Etienne. CIS et ICL sont tous deux membres de l'Institut Fédératif de Recherche en Science, Ingénierie et Santé (IFRESIS) et participent tous deux aux travaux du Cancéropôle Lyon Auvergne Rhône-Alpes (CLARA) dont Franck Chauvin animait l'axe IV sur Epidémiologie, SHS, Information du Patient et Organisation des Soins. Cette thèse a été initiée avec la volonté de développer une recherche originale sur l'optimisation de la production de soins en cancérologie.Nous nous intéressons à différentes problématiques de la gestion de soins des patients dans un hôpital de jour en cancérologie. Nous visons à équilibrer au mieux les besoins journaliers en lits tout en prenant en compte l'adhérence aux protocoles de soins, les contraintes des oncologues et les aléas des flux de patients. Pour un hôpital de jour en oncologie, nous avons identifié et étudié les décisions suivantes : I. Le planning médical une fois par an afin de déterminer les périodes de travail des oncologues dans une semaine. Nous avons proposé une formulation originale sous forme d'un modèle de programmation linéaire en nombres mixtes (MIP) et une approche en 3-étapes. II. L'affectation des nouveaux patients qui détermine le jour de la chimiothérapie pour chaque patient entrant. Nous avons présenté trois stratégies de planification et nous avons décrit un algorithme de simulation pour évaluer ces stratégies de planification. Les stratégies de planification proposées exploitent les informations contenues dans les protocoles de soins des patients et utilisent l'optimisation Monte Carlo III. La planification des rendez-vous. Nous avons présenté deux méthodes pour la résolution de ce problème : une approche basée sur la relaxation Lagrangienne et une heuristique basée sur une optimisation par recherche localeIV. La planification des jours fériés : permet de remédier au problème des semaines comportant des jours fériés. Nous avons développé un modèle en programmation linéaire en nombres mixtes permettant de répartir rapidement la charge du jour férié sur les jours en amont et en aval sans trop dégradé l'efficacité du traitement, ni surcharger le travail de l'HDJ.

La planification tactique consiste à élaborer des plans de production afin de répondre au mieux à la demande, à un moindre coût. Traditionnellement, cette planification est divisée en trois plans principaux : le Plan Industriel et Commercial (PIC), le Plan Directeur de Production (PDP) et le Calcul des Besoins Net (CBN). Pour élaborer ces différents plans, des modèles mathématiques dits de " lot-sizing " ont été développés. Cependant, les mécanismes de fusion/acquisition entre entreprises ont considérablement complexifié cette planification en y intégrant les aspects multi-site inhérents au concept de chaîne logistique et il n'existe pas, à notre connaissance, de modèle du domaine et de modèle mathématique de référence pour cette problématique. Dans cette thèse, nous proposons un modèle générique de connaissance pour la planification multi-site à partir duquel un modèle mathématique générique peut être obtenu. Ce dernier permet, par instanciation, de retrouver les principaux modèles de la littérature. Nous proposons également des méthodes d'optimisation efficaces pour l'élaboration des plans de production (PIC, PDP et CBN) dans un contexte mono et multi-site : - Nous nous intéressons à l'obtention du PIC et du PDP dans un contexte mono-site au travers de la résolution du Capacitated Lot Sizing Problem (CLSP) grâce à des métaheuristiques et des bornes inférieures. Par cette technique, nous améliorons des résultats de la littérature. - Nous proposons un modèle mathématique pour la planification d'une chaîne logistique de type " flowshop hybride " obtenu par instanciation du modèle mathématique générique ainsi qu'une méthode d'optimisation efficace pour déterminer les PDPs et CBNs pour cette chaîne logistique. Nous abordons ensuite les problèmes de faisabilité des plans de production ainsi déterminés au niveau opérationnel en utilisant différents couplages entre modèles mathématiques ou modèles de simulation, ce qui permet d'assurer la synchronisation verticale des plans. Enfin, dans le cadre d'un contrat industriel, nous nous intéressons à la mise en place d'une politique de gestion de stock à demande différenciée. Après avoir étudié la faisabilité d'une telle mise en oeuvre dans un contexte industriel, nous avons conçu les algorithmes et développé l'application permettant de calculer les seuils de rationnement de chaque client afin de mener un test grandeur nature de cette politique.

Nous nous intéressons dans cette thèse aux problèmes d'optimisation de systèmes de grande taille en environnement incertain et plus particulièrement à la résolution de leurs équivalents déterministes par des méthodes de décomposition de type proximal. L'application sous-jacente que nous avons à l'esprit est celle de la gestion optimale de la production électrique d'EDF soumise aux aléas climatique, de marche et de consommation. Nous mettons 'a plat les couplages naturels espace-temps- aléas liés à cette application et proposons deux nouveaux schémas de discrétisation pour le couplage des aléas, bas'es sur l'estimation non-paramétrique de espérance conditionnelle, qui constituent des alternatives à la construction d'arbres de scénarios. Nous nous intéressons ensuite aux méthodes de décomposition en travaillant sur un modèle général, celui de la minimisation d'une somme de deux fonctions convexes, la première séparable et l'autre couplante. D'une part, ce modèle simplifie nous exonéré de la technicité due à un choix particulier de cou- plage et de sous-système. D'autre part hypothèse de convexité permet de tirer parti de la théorie des opérateurs monotones et de l'identification des méthodes proximales comme des algorithmes de points fixes. Nous mettons l'accent sur les propriétés différentielles des opérateurs de réflexion généralisée dont on cherche un point fixe, qui permettent de borner la vitesse de convergence. Nous étudions ensuite deux familles d'algorithmes de décomposition-coordination issues des méthodes dites d'éclatement d'opérateurs, à savoir les méthodes Forward-Backward et de type Rachford. Nous suggérons quelques techniques d'accélération de la convergence des méthodes de type Rachford. Pour cela, nous analysons dans un premier temps la méthode d'un point de vue théorique, fournissant ainsi des explications à certaines observations numériques, avant de proposer des améliorations en réponse. Parmi elles, une mise a' jour automatique du facteur d'échelle permet de corriger son éventuel mauvais choix initial. La preuve de convergence de cette technique se voit facilitée grâce aux résultats de stabilité de certaines lois internes vis a' vis de la convergence graphique établis en amont. Nous soumettons aussi l'idée d'introduire des "sauts" dans la méthode lorsqu'elle est appliquée à des problèmes polyédraux, en fondant nos argument sur la géométrie formée par la suite des itérés. En dernier lieu, nous montrons qu'il est possible, en ajoutant un mécanisme de contrôle, de s'affranchir de la résolution de tous les sous-problèmes à chaque itération en préservant la convergence globale. L'intérêt pratique de ces suggestions est confirmé par des tests numériques sur le problème de gestion de production électrique.

La périurbanisation, bien que décriée, a longtemps été oubliée des politiques publiques. Ce travail interroge l'évolution des modalités de la gestion métropolitaine, la place qu'y prennent les espaces périurbains et les recompositions territoriales induites. La réflexion est menée dans l'aire urbaine toulousaine dont les dynamiques sont appréhendées par une analyse statistique des évolutions sociétales, une étude de la documentation programmatique et stratégique et une quarantaine d'entretiens auprès d'acteurs de la scène métropolitaine et locale. Elle a pu mettre en évidence l'intégration des espaces périurbains à la réflexion métropolitaine et la capacité de leurs acteurs à se saisir des outils et cadres territoriaux à leur disposition pour dépasser leur statut de sous-espace urbain au profit d'un rôle à part entière dans le devenir métropolitain. En même temps qu'elles accompagnent cette promotion métropolitaine, ces recompositions territoriales ouvrent la voie à une diversité de trajectoires périurbaines.

L'optimisation de la planification des traitements par rayons ionisants est bénéfique tant aux patients qu'aux structures de soins bien que particulièrement difficile du fait de la rareté des ressources et de l'importante répétition des séances. Face à cette problématique, un modèle d'optimisation linéaire à nombres entiers a été créé permettant de planifier des protocoles de traitement complexes tout en prenant en compte la disponibilité des patients ainsi que des radiothérapeutes qui les suivent avec pour résultat une amélioration significative des performances sur des indicateurs couvrant les ressources humaines et matérielles ainsi que les délais de prise en charge. De plus nous avons développé des solutions adaptées à des contextes concrets : i) une planification heuristique de la trajectoire des patients au sein du Centre de Protonthérapie d'Orsay (CPO) assortie d'indicateurs de performances, et ii) une adaptation au monde hospitalier de la solution industrielle de planification PREACTOR permettant de conserver la finesse obtenue dans les modélisations linéaires tout en tirant parti des capacités de résolution des heuristiques complexes intégrées à PREACTOR

Cette thèse aborde la gestion des ressources humaines dans un centre d'appels. Plus spécifiquement, nous nous intéressons aux problèmes de dimensionnement et de planification. L'objectif sous-jacent est d'assurer la meilleure qualité de service au client (par exemple minimiser le délai d'attente) avec un coût salarial minimum pour l'entreprise. Ces problématiques sont généralement modélisées dans la littérature par le problème de construction de vacation (shift-scheduling problem). Pour appréhender ce problème, nous introduisons le paradigme de chaîne d'activités. Ce paradigme nous permet de représenter la grande diversité des environnements et des contraintes de gestion des ressources humaines dans un centre d'appels. Nous traduisons ensuite ce paradigme en programme linéaire en nombres entiers pour résoudre les problèmes de dimensionnement et de planification. Nous proposons enfin une méthode pour intégrer au programme linéaire en nombres entiers un objectif de qualité de service non linéaire.

L'objet « pôle d'échanges », à l'interface de la ville et des transports, émerge depuis quelques années comme un thème central des recherches sur les relations entre réseaux et territoires. Cette thèse analyse, à partir de l'évolution institutionnelle récente, l'enjeu que représentent les pôles d'échanges pour les nouvelles structures de coopération intercommunale, notamment les communautés d'agglomération devenues la principale forme d'Autorité Organisatrice des Transports Urbains (AOTU) depuis la loi Chevènement (1999). <br /><br />Pour répondre à la problématique qui considère les pôles d'échanges comme des « lieux institutionnels originaux », un panorama à l'échelle nationale est d'abord réalisé. Celui-ci examine la manière dont l'autorité intercommunale « pense » les pôles d'échanges à travers les « représentations » associées au dessin du réseau (sur le plan de transport urbain) et au dessein de l'Autorité Organisatrice des Transports Urbains (dans le Plan de Déplacements Urbains). Le panorama est complété par un regard croisé des enjeux liés à l'aménagement des pôles d'échanges dans la région stéphanoise et dans l'arrondissement de Valenciennes. <br /><br />Cette recherche a notamment permis de mettre en valeur le rôle des pôles d'échanges dans l'affirmation d'une identité d'agglomération. Ces nœuds s'affirment comme des objets de pouvoir tout en constituant des lieux d'incertitude et de tâtonnement de l'action publique locale. L'analyse a également pointé les difficultés de l'intercommunalité sur les projets qui dépassent le strict cadre de ses compétences et de son périmètre. Les pôles d'échanges, tels qu'ils sont pensés et construits en France, peinent à s'affirmer comme des « interfaces » concentrant des enjeux de nature intersectorielle et spatiale.

Étant donnés un planning aérien et des prévisions de demande, le problème d'affectation de flotte aérienne consiste à déterminer la meilleure façon de répartir les types d'appareils sur les vols. Cette répartition a un impact majeur sur le profit d'une compagnie aérienne, puisqu'elle détermine les quantités de places disponibles sur les itinéraires du réseau aérien, ainsi que le coût de fonctionnement de celui-ci. Des décennies de recherche ont rendues les modélisations de ce problème de plus en plus réalistes. Cette thèse s'inscrit dans la continuité de ces recherches en considérant le problème d'affectation de flotte dans un contexte où les demandes des passagers sont incertaines. Nous proposons dans un premier temps une étude autour des deux modèles de la littérature les plus utilisés dans l'industrie, FAM et IFAM. Nous montrons que FAM peut être vu comme une Relaxation Lagrangienne de IFAM, avec des multiplicateurs Lagrangiens particuliers. Nous implémentons cette relaxation, et nous appliquons des résultats connus pour l'étendre en une génération de colonnes basée sur une décomposition de Dantzig-Wolfe de IFAM. Nous étudions ensuite les effets que l'imprécision des prévisions peut avoir sur la performance d'IFAM, et nous présentons au terme de cette étude une nouvelle approche pour modéliser le problème d'affectation de flotte. Notre modèle, Market Driven Fleet Assignment Model (MDFAM), intègre les demandes par itinéraires comme variables de décision, et contraint ces demandes plutôt que de les considérer comme une entrée fixe. Nous appelons les contraintes résultantes des contraintes de Marché. Nous illustrons la flexibilité de cette approche à travers divers exemples, et nous proposons une série d'expériences visant à déterminer quelles sont les contraintes de marché donnant les meilleurs résultats. Nous comparons les différents modèles, et nous montrons que MDFAM peut atteindre des niveaux de performance similaires à ceux offert par IFAM, tout en étant plus facile à utiliser et à implémenter.

La planification des services sociosanitaires oblige une bonne connaissance des besoins des personnes et de leur évolution. Chez les personnes âgées, les besoins sont fortement conditionnés par l'état d'autonomie. Des profils d'autonomie ont permis de bien définir des groupes de personnes ayant des besoins de services similaires. Toutefois, si les besoins sont bien connus de manière transversale, l'évolution dans le temps de groupes de personnes ainsi catégorisées l'est beaucoup moins. L'objectif de cette thèse par articles était d'estimer les transitions entre les profils d'autonomie, la durée moyenne de séjour, les facteurs associés à ces transitions et l'utilisation des services de santé. Les données proviennent de l'étude PRISMA où 1501 personnes âgées de 75 ans et plus à risque de perte d'autonomie et vivant à domicile ont été suivies pendant quatre années. Les évaluations annuelles ont été faites avec le Système de mesure de l'autonomie fonctionnelle (SMAF), à partir duquel les Profils Iso-SMAF sont générés. Ceux-ci consistent en 14 profils qu'on peut regrouper en profils légers avec atteinte aux tâches domestiques (1-2-3), profils avec atteinte prédominante à la mobilité (4-6-9) ou aux fonctions mentales (5-7-8-10) et enfin les profils lourds (11 à 14). Des variables cliniques ont aussi été mesurées ainsi que l'utilisation des services de santé. Des analyses multi-états de Markov en temps continu ont permis les estimations. Les résultats détaillés sur les transitions entre les profils et la durée moyenne de séjour dans un même profil font l'objet du premier article. On y remarque que plus le profil Iso-SMAF est lourd, moins les personnes y restent stables. Elles font principalement des transitions vers des profils plus lourds, l'institutionnalisation ou le décès. On note également la présence de récupération vers des profils plus légers, et ce, à partir de tous les profils. La durée moyenne de séjour dans un profil a été estimée pour la population étudiée et pourrait s'avérer utile pour planifier l'intervalle adéquat de réévaluation de l'état d'autonomie. L'étude des facteurs associés aux transitions fait l'objet du deuxième article. On y observe notamment que les hommes et les femmes font des transitions différentes à partir des profils légers et que l'utilisation de plusieurs services de santé est associée aux transitions vers les profils mobilité. Toutefois, il n'a pas été possible d'effectuer des analyses multivariées. Il s'agit d'une exploration des facteurs associés aux transitions. L'utilisation des services de santé chez les personnes classées dans le même profil au début et à la fin d'un an constitue la troisième grande partie des résultats. L'utilisation des services publics, privés et communautaires durant un an y sont décrits pour les profils 1 à 9. Ce volet descriptif vise à alimenter des hypothèses futures de recherche. Ces travaux de recherche demeurent exploratoires, en ce sens qu'ils constituent la première étude de transitions de profils d'autonomie, pour des profils utilisables en clinique. Ils fournissent néanmoins les premières balises sur lesquelles s'appuyer pour la planification des services de soutien à domicile aux personnes âgées en perte d'autonomie.

L’intelligence artificielle est un domaine de l’informatique étudiant la conception d’agents intelligents. Un agent est une entité acquérant de l’information sur son environnement par ses capteurs et agissant sur son environnement à travers ses actionneurs. Certains agents existent seulement dans le domaine logiciel, comme par exemple un agent intelligent pour un jeu vidéo, alors que d’autres existent dans le monde physique, tels les robots mobiles. Les domaines des jeux vidéo et de la robotique partagent certaines caractéristiques, dont la nécessité de prendre des décisions en temps réel dans un environnement dynamique ainsi qu’une vue incomplète sur cet environnement. Ce mémoire est divisé en deux chapitres. Le premier chapitre traite d’une approche de planification de trajectoires exploitant la géométrie d’une classe particulière de robots omnidirectionnels non-holonomes afin de calculer des chemins adéquats leur permettant d’atteindre une destination désirée. Les résultats obtenus avec cette approche tendent à démontrer qu’elle est plus efficace que les algorithmes traditionnels de planification de trajectoires grâce à l’information additionnelle prise en compte lors du calcul. Le second chapitre décrit l’architecture décisionnelle de l’agent intelligent SPAR qui est en mesure de jouer de façon autonome des parties de StarCraft : Brood War, un jeu de stratégie en temps réel. L’architecture de SPAR inclut entre autres des algorithmes de planification de trajectoires similaires à ceux du premier chapitre. Elle permet de faire face plus facilement et de façon plus rigoureuse, en comparaison avec les architectures existantes, aux nombreuses difficultés propres à ce type de jeu. Ces difficultés incluent un degré élevé de concurrence dans les actions et une multitude d’unités à contrôler dans un contexte temps réel. L’agent SPAR a participé aux volets 2011 et 2012 de la compétition AIIDE de StarCraft et à l’édition 2012 de la compétition SSCAI où il a obtenu à chaque fois des résultats honorables.