Pour limiter le temps et le coût de développement de nouveaux produits, l’industrie a besoin d’outils pour concevoir, tester et valider le produit avec des prototypes virtuels. Ces prototypes virtuels doivent permettre de tester le produit à toutes les étapes du Product Lifecycle Management (PLM). Beaucoup d’opérations du cycle de vie du produit impliquent la manipulation par un humain des composants du produit (montage, démontage ou maintenance du produit). Du fait de l’intégration croissante des produits industriels, ces manipulations sont réalisées dans un environnement encombré. La Réalité Virtuelle (RV) permet à des opérateurs réels d’exécuter ces opérations avec des prototypes virtuels. Ce travail de recherche introduit une nouvelle architecture de planification de trajectoire permettant la collaboration d’un utilisateur de RV et d’un système de planification de trajectoire automatique. Cette architecture s’appuie sur un modèle d’environnement original comprenant des informations sémantiques, topologiques et géométriques. Le processus de planification automatique de trajectoire est scindé en deux phases. Une planification grossière d’abord exploitant les données sémantique et topologiques. Cette phase permet de définir un chemin topologique. Une planification fine ensuite exploitant les données sémantiques et géométriques détermine un trajectoire géométrique dans le chemin topologique défini lors de la planification grossière. La collaboration entre le système de planification automatique et l’utilisateur de RV s’articule autour de deux modes : en premier lieu, l’utilisateur est guidé sur une trajectoire pré-calculée à travers une interface haptique ; en second lieu, l’utilisateur peut quitter la solution proposée et déclencher ainsi une re-planification. L’efficacité et l’ergonomie des ces deux modes d’interaction est enrichie grâce à des méthodes de partage de contrôle : tout d’abord, l’autorité du système automatique est modulée afin de fournir à la fois un guidage prégnant lorsque l’utilisateur le suit, et plus de liberté à l’utilisateur (un guidage atténué) lorsque celui-ci explore des chemins alternatifs potentiellement meilleurs. Ensuite, lorsque l’utilisateur explore des chemins alternatifs, ses intentions sont prédites (grâce aux données géométriques associées aux éléments topologiques) et intégrées dans le processus de re-planification pour guider la planification grossière. Ce mémoire est organisé en cinq chapitres. Le premier expose le contexte industriel ayant motivé ces travaux. Après une description des outils de modélisation de l’environnement, le deuxième chapitre introduit le modèle multi-niveaux de l’environnement proposé. Le troisième chapitre présente les techniques de planification de trajectoire issues de la robotique et détaille le processus original de planification de trajectoire en deux phases développé. Le quatrième introduit les travaux précurseurs de planification interactive de trajectoire et les techniques de partage de contrôle existantes avant de décrire les modes d’interaction et les techniques de partage de contrôle mises en œuvre dans notre planificateur interactif de trajectoire. Enfin le dernier chapitre présente les expérimentations menées avec le planificateur de trajectoire et en analyse leurs résultats. / To save time and money while designing new products, industry needs tools to design, test and validate the product using virtual prototypes. These virtual prototypes must enable to test the product at all Product Lifecycle Management (PLM) stages. Many operations in product’s lifecycle involve human manipulation of product components (product assembly, disassembly or maintenance). Cue to the increasing integration of industrial products, these manipulations are performed in cluttered environment. Virtual Reality (VR) enables real operators to perform these operations with virtual prototypes. This research work introduces a novel path planning architecture allowing collaboration between a VR user and an automatic path planning system. This architecture is based on an original environment model including semantic, topological and geometric information. The automatic path planning process split in two phases. First, coarse planning uses semantic and topological information. This phase defines a topological path. Then, fine planning uses semantic and geometric information to define a geometrical trajectory within the topological path defined by the coarse planning. The collaboration between VR user and automatic path planner is made of two modes: on one hand, the user is guided along a pre-computed path through a haptic device, on the other hand, the user can go away from the proposed solution and doing it, he starts a re-planning process. Efficiency and ergonomics of both interaction modes is improved thanks to control sharing methods. First, the authority of the automatic system is modulated to provide the user with a sensitive guidance while he follows it and to free the user (weakened guidance) when he explores possible better ways. Second, when the user explores possible better ways, his intents are predicted (thanks to geometrical data associated to topological elements) and integrated in the re-planning process to guide the coarse planning. This thesis is divided in five chapters. The first one exposes the industrial context that motivated this work. Following a description of environment modeling tools, the second chapter introduces the multi-layer environment model proposed. The third chapter presents the path planning techniques from robotics research and details the two phases path planning process developed. The fourth introduce previous work on interactive path planning and control sharing techniques before to describe the interaction modes and control sharing techniques involved in our interactive path planner. Finally, last chapter introduces the experimentations performed with our path planner and analyses their results.

Le contexte géodynamique du bassin de la Caraïbe, du fait notamment de la présence de zones de subduction et de nombreux édifices volcaniques, est favorable à la génération de tsunamis. La connaissance historique de ce phénomène dans la région, associée à de récents résultats de simulation numérique, confirme ce fort potentiel. Les amplitudes de vagues modélisées à l’approche des côtes avoisinent les 10 m pour certains scénarios. L’aléa tsunami est une menace pour l’ensemble du littoral des territoires du bassin de la Caraïbe. Les enjeux humains, structurels et stratégiques, concentrés massivement sur ce littoral, sont particulièrement exposés à ce phénomène, notamment aux Antilles où le risque associé est très élevé. Aujourd’hui, un système de surveillance et de détection des tsunamis à l’échelle régionale assure la diffusion de messages d’information en cas d’événement. Néanmoins, il n’existe pas de dispositifs pour guider localement les autorités dans leurs prises de décisions pour mettre en sécurité des populations, ou bien ils restent très généralistes, notamment pour les territoires français. Afin d’anticiper ce besoin, nous avons accompagné la planification opérationnelle de la gestion des crises pour les phases d’alerte et d’évacuation temporaire des populations à terre et de la mise en sécurité des navires en mer. Cette démarche, engagée à différentes échelles, repose sur une approche géographique et intégrée de la gestion de crise tsunami, à l’interface des connaissances entre le domaine scientifique et opérationnel. Notre expertise scientifique a débouché sur l’élaboration de documents opérationnels pour le traitement des avis de tsunami dans le domaine terrestre et maritime et a permis d’établir une méthode de planification des évacuations pédestre. La méthode proposée est en cours d’application sur 60 communes littorales dans les Antilles Françaises. / The geo-dynamics of the Caribbean Sea area, particularly due to the presence of subduction zones and numerous volcanic faults is prone to the generation of tsunami's. Historical knowledge of this phenomenon in the region, coupled with recent modeling results, confirms this potential. The amplitudes of the modeled waves approaching the coast came close to 10m in some scenarios. The tsunami is a threat to the entire coastline of the Caribbean Sea. Human, structural and strategic installations, which are focused heavily on the coast, are particularly vulnerable to this phenomenon, especially in the Caribbean where the associated risk is very high. Today, at a regional level, a tsunami warning system is effective. However, there are no plans to guide the local authorities in their decision making to keep their population safe. At best they are very general, notably in the Antilles. So that we can anticipate their needs, we accompanied the operational planning of crisis management for the alert phases and the temporary evacuation of people on land and the security procedures for ships at sea. This initiative, undertaken on different levels, based on a geographical and integrated approach to the management of tsunami crisis, is at the interface of knowledge between scientific and operational domain. Our scientific expertise has led to the development of operational documents for the application of the tsunami warning on land and sea. It has helped to establish a method of pedestrian evacuation planning. The proposed method is already being implicated in 60 coastal municipalities in the French Antilles.

L'étude se propose d'analyser les rapports dialectiques entre le droit de tout Etat de procéder à l'aménagement de son territoire au moyen de la construction d'un ouvrage public et le droit international. L'accent est mis à la fois sur les rapports de structuration induits par le droit international (l'exercice unilatéral de souveraineté territoriale doit s'accommoder des droits et intérêts des Etats tiers) ainsi que sur la soumission de l'ensemble des opérations administratives conduites par l'Etat au droit international (expropriations, etc). / The study aims to analyse the various interactions between international law and the State's right to use its land, granted by its territorial sovereignty. The study provides numerous examples of these interactions (construction of public works by a riparian State of an international watercourse, legal effects attached to the construction of such public works under the UN Convention of the Law of the Sea, rights and obligations of multilateral development banks, etc).

Au cours des dernières années, on a observé l'intérêt croissant envers l'accessibilité à l'information et, en particulier, envers des approches innovantes utilisant les services à distance accessibles depuis les appareils mobiles à travers le monde. Parallèlement, la communication des véhicules, utilisant des capteurs embarqués et des dispositifs de communication sans fil, a été introduite pour améliorer la sécurité routière et l'expérience de conduite à travers ce qui est communément appelé réseaux véhiculaires (VANET). L'accès sans fil à l’Internet à partir des véhicules a déclenché l'émergence de nouveaux services pouvant être disponibles à partir ceux-ci. Par ailleurs, une extension du paradigme des réseaux véhiculaires a été récemment promue à un autre niveau. Le nuage véhiculaire (Vehicular Cloud) (VC) est la convergence ultime entre le concept de l’infonuagique (cloud computing) et les réseaux véhiculaires dans le but de l’approvisionnement et la gestion des services. Avec cette approche, les véhicules peuvent être connectés au nuage, où une multitude de services sont disponibles, ou ils peuvent aussi être des fournisseurs de services. Cela est possible en raison de la variété des ressources disponibles dans les véhicules: informatique, bande passante, stockage et capteurs. Dans cette thèse, on propose des méthodes innovantes et efficaces pour permettre la délivrance de services par des véhicules dans le VC. Plusieurs schémas, notamment la formation de grappes ou nuages de véhicules, la planification de transmission, l'annulation des interférences et l'affectation des fréquences à l'aide de réseaux définis par logiciel (SDN), ont été développés et leurs performances ont été analysées. Les schémas de formation de grappes proposés sont DHCV (un algorithme de clustering D-hop distribué pour VANET) et DCEV (une formation de grappes distribuée pour VANET basée sur la mobilité relative de bout en bout). Ces schémas de regroupement sont utilisés pour former dynamiquement des nuages de véhicules. Les systèmes regroupent les véhicules dans des nuages qui ne se chevauchent pas et qui ont des tailles adaptées à leurs mobilités. Les VC sont créés de telle sorte que chaque véhicule soit au plus D sauts plus loin d'un coordonnateur de nuage. La planification de transmission proposée implémente un contrôle d'accès moyen basé sur la contention où les conditions physiques du canal sont entièrement analysées. Le système d'annulation d'interférence permet d'éliminer les interférences les plus importantes; cela améliore les performances de planification d’utilisation de la bande passante et le partage des ressources dans les nuages construits. Enfin, on a proposé une solution à l'aide de réseaux définis par logiciel, SDN, où différentes bandes de fréquences sont affectées aux différentes liens de transmission de chaque VC afin d’améliorer les performances du réseau. / Abstract : In recent years, we have observed a growing interest in information accessibility and especially innovative approaches for making distant services accessible from mobile devices across the world. In tandem with this growth of interest, there was the introduction of vehicular communication, also known as vehicular ad hoc networks (VANET), leveraging onboard sensors and wireless communication devices to enhance road safety and driving experience. Vehicles wireless accessibility to the internet has triggered the emergence of service packages that can be available to or from vehicles. Recently, an extension of the vehicular networks paradigm has been promoted to a new level. Vehicular cloud (VC) is the ultimate convergence between the cloud computing concept and vehicular networks for the purpose of service provisioning and management. Vehicles can get connected to the cloud, where a multitude of services are available to them. Also vehicles can offer services and act as service providers rather than service consumers. This is possible because of the variety of resources available in vehicles: computing, bandwidth, storage and sensors. In this thesis, we propose novel and efficient methods to enable vehicle service delivery in VC. Several schemes including cluster/cloud formation, transmission scheduling, interference cancellation, and frequency assignment using software defined networking (SDN) have been developed and their performances have been analysed. The proposed cluster formation schemes are DHCV (a distributed D-hop clustering algorithm for VANET) and DCEV (a distributed cluster formation for VANET based on end-to-end relative mobility). These clustering schemes are used to dynamically form vehicle clouds. The schemes group vehicles into non-overlapping clouds, which have adaptive sizes according to their mobility. VCs are created in such a way that each vehicle is at most D-hops away from a cloud coordinator. The proposed transmission scheduling implements a contention-free-based medium access control where physical conditions of the channel are fully analyzed. The interference cancellation scheme makes it possible to remove the strongest interferences; this improves the scheduling performance and resource sharing inside the constructed clouds. Finally, we proposed an SDN based vehicular cloud solution where different frequency bands are assigned to different transmission links to improve the network performance.

Cette thèse traite du problème où une équipe d'agents coopératifs et autonomes, évoluant dans un environnement stochastique partiellement observable, et œuvrant à la résolution d'une tâche complexe, doit modifier dynamiquement sa composition durant l'exécution de la tâche afin de s'adapter à l'évolution de celle-ci. Il s'agit d'un problème qui n'a été que peu étudié dans le domaine de la planification multi-agents. Pourtant, il existe de nombreuses situations où l'équipe d'agent mobilisée est amenée à changer au fil de l'exécution de la tâche.Nous nous intéressons plus particulièrement au cas où les agents peuvent décider d'eux-même de quitter ou de rejoindre l'équipe opérationnelle. Certaines fois, utiliser peu d'agents peut être bénéfique si les coûts induits par l'utilisation des agents sont trop prohibitifs. Inversement, il peut parfois être utile de faire appel à plus d'agents si la situation empire et que les compétences de certains agents se révèlent être de précieux atouts.Afin de proposer un modèle de décision qui permette de représenter ces situations, nous nous basons sur les processus décisionnels de Markov décentralisés et partiellement observables, un modèle standard utilisé dans le cadre de la planification multi-agents sous incertitude. Nous étendons ce modèle afin de permettre aux agents d'entrer et sortir du système. On parle alors de système ouvert. Nous présentons également deux algorithmes de résolution basés sur les populaires méthodes de recherche arborescente Monte-Carlo. Le premier de ces algorithmes nous permet de construire des politiques jointes séparables via des calculs de meilleures réponses successives, tandis que le second construit des politiques jointes non séparables en évaluant les équipes dans chaque situation via un système de classement Elo. Nous évaluons nos méthodes sur de nouveaux jeux de tests qui permettent de mettre en lumière les caractéristiques des systèmes ouverts. / This thesis addresses the problem where a team of cooperative and autonomous agents, working in a stochastic and partially observable environment towards solving a complex task, needs toe dynamically modify its structure during the process execution, so as to adapt to the evolution of the task. It is a problem that has been seldom studied in the field of multi-agent planning. However, there are many situations where the team of agents is likely to evolve over time.We are particularly interested in the case where the agents can decide for themselves to leave or join the operational team. Sometimes, using few agents can be for the greater good. Conversely, it can sometimes be useful to call on more agents if the situation gets worse and the skills of some agents turn out to be valuable assets.In order to propose a decision model that can represent those situations, we base upon the decentralized and partially observable Markov decision processes, the standard model for planning under uncertainty in decentralized multi-agent settings. We extend this model to allow agents to enter and exit the system. This is what is called agent openness. We then present two planning algorithms based on the popular Monte-Carlo Tree Search methods. The first algorithm builds separable joint policies by computing series of best responses individual policies, while the second algorithm builds non-separable joint policies by ranking the teams in each situation via an Elo rating system. We evaluate our methods on new benchmarks that allow to highlight some interesting features of open systems.

Cette thèse explore l'usage des Grammaires Categorielles Abstraites (CGA) pour la Génération Automatique de Texte (GAT) dans un contexte industriel. Les systèmes GAT basés sur des théories linguistiques ont un long historique, cependant ils sont relativement peu utilisés en industrie, qui préfère les approches plus "pragmatiques", le plus souvent pour des raisons de simplicité et de performance. Cette étude montre que les avancées récentes en linguistique computationnelle permettent de concilier le besoin de rigueur théorique avec le besoin de performance, en utilisant CGA pour construire les principaux modules d'un système GAT de qualité industrielle ayant des performances comparables aux méthodes habituellement utilisées en industrie. / This thesis explores the usage of Abstract Categorial Grammars (ACG) for Natural Language Generation (NLG) in an industrial context. While NLG system based on linguistic theories have a long history, they are not prominent in industry, which, for the sake of simplicity and efficiency, usually prefer more ``pragmatic" methods. This study shows that recent advances in computational linguistics allow to conciliate the requirements of soundness and efficiency, by using ACG to build the main elements of a production grade NLG framework (document planner and microplanner), with performance comparable to existing, less advanced methods used in industry

Il est fondamental pour un robot d'être capable de se déplacer de manière complètement autonome afin d'accomplir une mission qui lui a été confiée, et ce avec un budget énergétique fini, dans un laps de temps contraint et sans connaissances préalables de l’environnement. Afin d'atteindre un objectif dans le plan ou l'espace, un robot doit à minima être capable d'accomplir quatre tâches: maintenir une représentation abstraite de l'environnement (une carte), être capable de se localiser à l'intérieur de cette représentation, utiliser la représentation pour planifier des itinéraires et naviguer le long de la trajectoire prévue tout en s'adaptant aux dynamiques de l'environnement et en évitant les obstacles. Chacun de ces problèmes a été étudié par la communauté de la robotique. Cependant, ces quatre composants sont en général étudiés séparément et sont par conséquent incompatibles entre eux pour l'essentiel. De plus, étant donné qu'humains et robots ne disposent que de ressources computationelles et mémorielles finies, les algorithmes de planification, navigation et SLAM devraient être capables de fonctionner avec des données incomplètes ou compressées tout en garantissant que le ou les objectifs fixés soient atteints. Dans cette thèse, la planification, la navigation et le SLAM dans des environnements arbitrairement grands et avec des ressources computationelles et mémorielles finies sont vues comme un seul problème, créant un nouveau paradigme que nous appelons Navigation Exploratoire au long de la Vie ou Lifelong Exploratory Navigation. / One of the yet unresolved canonical problems of robotics is to have robots move completely autonomously in order to accomplish any mission they are charged with, with time and resource constraints and without prior knowledge of the environment. Reaching a goal requires the robot to perform at least four tasks: maintaining an abstract representation of the environment (map), being able to localize itself within this representation, using the representation to plan paths and navigating on the planned paths while handling dynamics of the environment and avoiding obstacles. Each of these problems has been studied extensively by the robotics community. However, the four components are usually studied separately, and as a result are mostly incompatible with each other. Additionally, since humans as well as robots have to operate with finite memory and computing resources, long running planning, navigation and SLAM algorithms may have to operate on incomplete or compressed data while guaranteeing that the goal(s) can still be reached. In this thesis, planning, navigation and SLAM in arbitrarily large environments with finite computing resources and memory are considered as one single problem, for a new bio-inspired paradigm which we call Lifelong Exploratory Navigation.

Plus de la moitié de la population mondiale vit aujourd’hui en zone urbaine et passe plus de 90 % de son temps à l’intérieur de bâtiments. Cette thèse propose un système, nommé BiMov, de planification automatique de chemin à l’intérieur de bâtiments, basé sur leur maquette numérique (un BIM au format IFC). Le processus consiste à exploiter les caractéristiques sémantiques, géométriques et topologiques des constituants du BIM afin de générer des graphes de navigation possible, en fonction du profil du navigant et de l’état conjoncturel d’accessibilité des espaces et transitions, dans lesquels le plus court chemin d’un point à un autre puisse être déterminé. BiMov s’appuie sur quatre modèles de données (1) un modèle de bâtiment déduit du BIM, qui représente et structure les caractéristiques essentielles du bâtiment en vue de la mobilité intérieure (2) un modèle de navigant à même de représenter ses caractéristiques d’encombrement, ses aptitudes aux déplacements horizontaux et verticaux ainsi que ses habilitations (3) un modèle de calendrier permettant de connaître l’état d’accessibilité des espaces et des transitions (4) un modèle de graphe sur trois niveaux de détails. Le niveau Macro représente un simple graphe de connectivité entre les espaces intérieurs voisins ; il permet aux architectes de vérifier leur conception architecturale en termes d’accessibilité. Le niveau Externe permet de connecter les espaces accessibles via leurs transitions horizontales ou verticales. Il est destiné aux navigants qui n’exigent pas un chemin détaillé pour se déplacer. Le niveau Interne intègre un maillage des espaces, en 2D pour la navigation au sol, en 3D pour la navigation de drones. Il est conçu pour considérer les obstacles intérieurs comme les meubles, les machines ou les équipements. Ce niveau est destiné aux navigants devant fiabiliser leur déplacement à l’intérieur des espaces, comme les manutentionnaires d’objets encombrants ou les robots mobiles. L’approche proposée a fait l’objet d’un développement informatique qui permet d’illustrer quelques scénarios de planification de chemin dans des modèles BIM d’origine externe à la thèse. / More than 50% of humans today live in urban areas and spend more than 90 % of their time indoor. This thesis suggests a system, called BiMov, dedicated to automatic path planning in complex building based on their digital mockup (a BIM in IFC format). The process consists in exploiting the semantic, geometric and topologic features of the constituents of a BIM, so as to generate navigation graphs, taking into account the profile of Navigants as well as the operational state of accessibility of spaces and transitions, for finally determining a shortest path. BiMov is based on 4 data models: (1) a building model deduced from the BIM that represents and structures the building features that are relevant for indoor mobility (2) a Navigant model capable to represent its bulk size, abilities for horizontal and vertical displacements and social habilitations (3) a calendar model representing the conjectural state of accessibility of spaces and transitions (4) a navigation graph model with three levels of detail: the Macro level represents a simple graph of connectivity between neighboring interior spaces. It is intended to help architects verify their architectural design in terms of accessibility. The Extern level is used to connect accessible spaces via their horizontal or vertical transitions. This level is intended for Navigants who do not require a detailed path. The Intern level integrates a meshing of each space: a 2D mesh for planar mobility or a 3D mesh for drones. This level is intended for Navigants like bulky objects handlers of mobile robots, needing to validate a reliable path within spaces containing furniture, machinery or equipment. The proposed approach was implemented in a prototype software that allows to illustrate different path planning scenarios in BIM models that were generated externally.

« L’urbanisation ruralisée », présente dès les premiers écrits d’Ildefonso Cerdá (1815-1876), occupe dans son oeuvre une place grandissante, au point de faire l’objet d’un traité qui ne nous est malheureusement pas parvenu. A travers ce concept, l’ingénieur catalan, connu pour son plan d’extension de Barcelone, entend d’une part, dans une perspective hygiéniste, assainir la ville en y systématisant les espaces verts, d’autre part penser l’extension urbaine et désenclaver le territoire espagnol par le biais d’une urbanisation totale où la frontière entre villes et campagnes disparaîtrait. La présente thèse retrace la genèse de cette notion en revenant sur le parcours de Cerdá, sur l’émergence de ce qu’il appelle lui-même « l’idée urbanisatrice » et sur la manière dont elle fut mise en oeuvre à Barcelone, sous la forme si caractéristique du quartier de l’Eixample. En voulant adapter la ville contemporaine aux exigences de la société industrielle, dont l’essence est le mouvement, Cerdá emprunte la « voie romaine » en puisant son inspiration dans l’Antiquité : l’organisation territoriale qu’il préconise, basée sur l’étalement urbain, l’habitat dispersé, l’orthogonalité et l’homogénéité de l’espace – ce que recouvre précisément la notion d’« urbanisation ruralisée » – réactualise en effet les modèles antiques d’occupation et de colonisation de l’espace. L’analyse de ce concept invite donc à porter un nouveau regard sur Barcelone et sur son extension, certes synonyme de modernité voire de modernisme, mais dont les principes viennent paradoxalement de la campagne et du passé. L’évolution de « l’idée urbanisatrice » vers « l’urbanisation ruralisée » étant particulièrement perceptible dans les deux premiers livres de la Théorie générale de l’urbanisation (1867), une traduction en est proposée en annexe, afin de permettre au lecteur francophone d’éprouver par lui-même la richesse d’une pensée encore largement méconnue. / The notion of “ruralized urbanization”, present in Ildefonso Cerdá’s (1815-1876) first writings, plays a more and more important role in his work. At the end of his life, it also was the subject of a treaty that never reached us. With this concept, the Catalan Engineer, known for his plan of the extension of Barcelona, aims, in a hygienist perspective, to improve health conditions in the city by the introduction of a green system. He also wants to think the urban development and the opening up of Spanish territory by a total urbanization that would transcend boundaries between rural and urban spaces. This thesis attempts to trace the genesis of this concept by exploring Cerda’s life, the advent of the “urbanization idea” and the manner in which it was achieved in Barcelona, in the so typical form of the Eixample area. Whilst intending to adapt the contemporary city, based on the movement, to the industrial society needs, Cerdá takes the roman road, inspired by the Antiquity. The territorial organization he recommends, based on urban spreading, orthogonal structure and space uniformity – what “ruralized urbanization” really means – gives an up-to-date dimension to the ancient models of space occupation and colonisation. This analysis of this concept encourages a new view on Barcelona and on its extension, surely synonymous of modernity and modernism, but which principles come ironically from the countryside and from the past. Considering the evolution of the “ruralized urbanization” is the very subject of the two first parts of the General theory of urbanization (1867), a translation into French is given in the appendix, what could allow to a francophone reader to experiment the depth of a still unrecognized thinking by himself.

Cette thèse traite de l'approximation de fonctions coûteuses à évaluer et présentant un comportement hétérogène selon les régions du domaine d'entrées. Dans beaucoup d’applications industrielles comme celles issues de la sûreté nucléaire et menées à l’IRSN, les codes de calcul de simulation physique ont des coûts numériques importants et leurs réponses sont alors approchées par un modèle. Les modèles par processus gaussien (PG) sont répandus pour construire des plans d'expériences au budget d'évaluations limité. Alors que les méthodes de planifications standard explorent le domaine en partant souvent d'une hypothèse de stationnarité et en utilisant des critères d'échantillonnages basés sur la variance, nous abordons sous deux aspects le problème d'adapter la planification d'expériences par PG aux fonctions à variations hétérogènes : d'une part sur la modélisation, en proposant une nouvelle famille de covariances (WaMI-GP) qui généralise deux noyaux existants (noyaux à indice multiple et noyaux à déformation tensorielle), et d'autre part sur la planification, en définissant et calculant de nouveaux critères d'échantillonnage à partir des dérivées du PG et dédiés à l'exploration de régions à grandes variations. Une analyse théorique de la nouvelle famille de PG ainsi que des expériences numériques montrent à la fois une certaine souplesse de modélisation et un nombre modéré de paramètres de modèle à estimer. Par ailleurs, un travail sur le couplage entre ondelettes et PG a conduit au développement d'un modèle non stationnaire, appelé ici wav-GP, qui utilise l'échelle locale pour approcher la dérivées de la déformation de manière itérative et non paramétrique. Les applications de wav-GP sur deux cas d'étude mécaniques fournissent des résultats prometteurs pour la prédiction de fonctions ayant un comportement hétérogène. D'autres part, nous formulons et calculons de nouveaux critères de variance qui reposent sur le champs de la norme du gradient du PG, et cela quelques soient les propriétés de (non) stationnarité du modèle. Les critères et les modèles sont comparés avec des méthodes de références sur des cas d'étude en ingénierie. Il en résulte que certains des critères par gradient proposés sont plus efficaces que les critères de variance plus conventionnels, mais qu'il est encore mieux de combiner le modèle WaMI-GP avec ces critères de variance. Ce modèle est souvent le plus compétitif dans des situations où les évaluations sont séquentielles et à nombre réduit. D'autres contributions s'inscrivant dans le thème de l'optimisation globale concernent en particulier le critère d'échantillonnage d'amélioration espérée (connu en anglais comme le critère d'expected improvement) et sa version multipoint pour l'évaluation en parallèle par paquet. Des formules analytiques et des approximations rapides sont établies pour une version généralisée du critère et pour son gradient. / This work deals with approximating expensive-to-evaluatefunctions exhibiting heterogeneous sensitivity to input perturbationsdepending on regions of the input space. Motivated by real test caseswith high computational costs coming mainly from IRSN nuclear safetystudies, we resort to surrogate models of the numerical simulatorsusing Gaussian processes (GP). GP models are popular for sequentialevaluation strategies in design of experiments under limited evaluationbudget. While it is common to make stationarity assumptions for theprocesses and use sampling criteria based on its variance forexploration, we tackle the problem of accommodating the GP-based designto the heterogeneous behaviour of the function from two angles: firstvia a novel class of covariances (WaMI-GP) that simultaneouslygeneralises existing kernels of Multiple Index and of tensorised warpedGP and second, by introducing derivative-based sampling criteriadedicated to the exploration of high variation regions. The novel GPclass is investigated both through mathematical analysis and numericalexperiments, and it is shown that it allows encoding muchexpressiveness while remaining with a moderate number of parameters tobe inferred. Moreover, exploiting methodological links between waveletsanalysis and non-stationary GP modelling, we propose a new non-stationary GP (Wav-GP) with non-parametric warping. The key point is aniterated estimation of the so-called local scale that approximates thederivative of the warping. Wav-GP is applied to two mechanical casestudies highlighting promising prediction performance. Independently ofnon-stationarity assumptions, we conduct derivations for new variance-based criteria relying on the norm of the GP gradient field. Criteriaand models are compared with state-of-the-art methods on engineeringtest cases. It is found on these applications that some of the proposedgradient-based criteria outperform usual variance-based criteria in thecase of a stationary GP model, but that it is even better to usevariance-based criteria with WaMI-GP, which dominates mostly for smalldesigns and in sequential set up. Other contributions in samplingcriteria address the problem of global optimisation, focusing on theexpected improvement criterion and its multipoint version for parallelbatch evaluations. Closed form formulas and fast approximations areestablished for a generalised version of the criterion and its gradient. Numerical experiments illustrate that the proposed approachesenable substantial computational savings.