Resumé<p>La pourriture brune de la cabosse de Theobroma cacao L. induite par Phytophthora palmivora est un maladie qui à l’échelle mondiale, cause de sérieuses pertes dans les plantations de cacao. L'utilisation de fongicides est coûteuse et est nuisible pour l'environnement. L'utilisation de micro-organismes est une alternative écologique<p>attractive pour les producteurs. L’objectif de ce travail est d’isoler et de caractériser des rhizobactéries de T. cacao avec une activité antagoniste contre Phytophthora palmivora, l'agent causal de la pourriture des cabosses. Parmi les 127 rhizobactéries isolés, trois isolats CP07, CP24 et CP30, identifiées comme Pseudomonas chlororaphis, ont montré une activité<p>antagoniste in vitro et in vivo contre P. palmivora. <p>La production d'enzymes lytiques, de sidérophores, de biosurfactants et d’HCN, ainsi que la détection de gènes codant pour des antibiotiques, la formation de biofilm et la mobilité des bactéries ont également été évalués pour les trois souches de rhizobactérie.<p>Le séquençage du génome de CP07 a confirmé la présence de gènes codant pour trois types de sidérophores, d’HCN, de phénazines et de biosurfactants de la famille de la viscosine, notamment. Un mutant de CP07 déficient dans la production viscosine a été généré et les études effectuées sur ce mutant indiquent que ce bio-tensioactif particulier est essentiel à la fois pour la mobilité bactérienne et pour la formation de biofilm, mais pas pour l'antagonisme in vitro contre Phytophthora, bien qu'il puisse contribuer à la bioprotection de T. cacao.<p>Cette étude fournit une base théorique pour l'utilisation potentielle de P. chlororaphis<p>CP07 comme un agent de lutte biologique pour la protection des plantes de cacao contre l'infection par P. palmivora.<p><p><p>Abstract<p>The black pod rot in Theobroma cacao L. is a major problem worldwide and in Cuba, is<p>one of the most important diseases. The use of chemical fungicides is expensive and<p>harmful to the environment. The use of microorganisms is an environmentally<p>attractive alternative for producers. In this work, fluorescent Pseudomonas strains were<p>isolated from cocoa rhizosphère. The in vitro antagonistic activity and bioprotection<p>against Phytophthora palmivora (Butler) was evaluated. Three strains with in vitro<p>antagonistic activity and bioprotection, CP07, CP24 and CP30, belonging to the species Pseudomonas chlororaphis, were obtained. P. chlororaphis CP07 was highlighted for the best behavior in vitro and in vivo. P. chlororaphis CP07 produces siderophores, HCN,<p>biosurfactants, exoproteases, lipases and motility (swarming and twitching). Genome<p>sequencing confirmed the presence of genes encoding three types of siderophores, HCN, phenazines, the biosurfactant viscosin, and exoproteases, among others. A mutant impaired in biosurfactant production was constructed. When the mutant was characterized, it was evident that the biosurfactant was not involved in the antagonistic effect in vitro against P. palmivora Mab1, although it is crucial to the motility and the ability to form biofilms. P. chlororaphis CP07 was selected as a potential biological control agent against Phytophthora. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

L'objective de la thèse est de comprendre s'il est envisageable d'utiliser les modèles qui décrivent la croissance tumorale (systèmes d'EDP) pour des applications médicales. En particulier, les modèles paramétriques sont calibrés en utilisant les données d'imagerie médicale d'un patient. Une fois calibré, le modèle donne une représentation de la croissance tumorale. Des techniques différentes sont proposées. Un approche classique basé sur la sensibilité est comparé à un approche réduit basé sur la Proper Orthogonal Decomposition. Des cas réalistes concernants l'étude des métastases dans les poumons ont été mis à point en collaboration avec l'Institut Bergonié. Des exigence pratique de traitement de l'image ont motivé l'étude des méthodes de recalage non-rigide des images et parmi ceux là, le transport optimale. Un étude de la numérique du problème de Monge-Kantorovich est décrit, avec des cas test numérique. Des applications concernants l'application de la distance de Wasserstein à la réduction de modèle sont envisagées. / The main purpose of this work was to understand if and wether PDE based modeling of tumor growth may be used in realistic applications. Models proposed in the literature are parametric. The goal is to identify parameters in such a way that the pathology evolution of a given patient is recovered. The identification is performed by means of inverse problems, taking medical images as data.Different techniques were tested: a classical Sensitivity approach is compared to a reduced one, based on Proper Orthogonal Decomposition. Realistic cases were set up in collaboration with Institut Bergonié, concerning lung metastasis evolution.Practical needs when dealing with medical images pushed us to interest to Optimal transport theory and Monge-Kantorovich problem. A numerical study was carried out and a family of lagrangian methods proposed. A perspective on the using of Wasserstein distance in model reduction concludes this work.

Dans cette étude, le comportement aérodynamique du jet pariétal (Re = 8000) cisaillé latéralement par un courant de perturbation externe (ELS) de profil de vitesse uniforme (Ulf) a été étudié et analysé. Les expérimentations ont été réalisées par PIV et LDV sur une maquette aéraulique isotherme à échelle réduite d’un meuble frigorifique de vente. L’étude est centrée sur la région du jet située à proximité de la section de soufflage (x/e < 10) qui correspond à la zone dans laquelle se développent les instabilités et le processus de transition vers la turbulence. L’analyse des résultats obtenus avec et sans perturbation a mis en évidence que la perturbation entraîne une diminution significative du pouvoir d’entraînement du jet, une forte décroissance de la vitesse moyenne maximale, un faible épanouissement du jet et une augmentation globale des valeurs des moments d’ordre deux de toutes les composantes des contraintes de Reynolds. L’analyse par PIV résolue en temps (10 kHz) montre une topologie déformée et allongée des structures de Kelvin-Helmholtz (K-H) pour (Ulf = 0,5 ms-1) et détachée pour (Ulf = 1 ms-1). Les résultats de l’interaction mutuelle ente les couches interne et externe indiquent que le courant ELS brise partiellement le mécanisme de formation des dipôles de vortex qui deviennent irréguliers et moins prédictifs, ce qui conduit à l’allongement de la zone de transition et retarde donc l’apparition de la zone auto-similaire du jet. D’après la technique POD, l’ELS engendre une redistribution énergétique entre les modes. Le courant ELS affecte également les instabilités K-H en perturbant leur organisation bidimensionnelle, leur topologie, leur alignement et leur fréquence de passage mettant en évidence l’effet inhibiteur exercé sur le développement des structures primaires. Les corrélations spatiales Rvv reflètent la diminution des échelles de longueur dans le cas d’un jet perturbé. / In this study, the aerodynamic behavior of the plane wall jet (Re = 8000) sheared laterally by an external lateral stream (ELS) of a uniform velocity profile (Ulf) was studied and analyzed. The experiments were carried out by PIV and LDV on a reduced-scale isothermal aeraulic model of a refrigerated display cabinet. The study focuses on the near-field region of the jet (x / e <10) which corresponds to the zone of transition to turbulence and onset and development of instabilities. The results obtained with and without perturbation showed a significant decrease in the entrainment rate, a strong decrease in the maximum velocity decay rate, a lower jet expansion and an overall increase in the values of second order moments of the Reynolds stress components. The time-resolved PIV analysis (10 kHz) shows a distorted and elongated topology of the Kelvin-Helmholtz (K-H) structures for (Ulf = 0,5 ms-1) and a detached topology for (Ulf = 1 ms-1). The results of the mutual interaction between the inner and outer layers indicate that the ELS partially breaks the vortex dipole formation mechanism which becomes irregular and less predictive, leading to the elongation of the transitional region and a lag effect in the beginning of the self-similarity region. POD technique reveals the role of the ELS in redistributing energy between the modes. The ELS also affects the K-H instabilities by disrupting their two-dimensional organization, topology, alignment and shedding frequency, highlighting the inhibitory effect exerted on the development of primary structures. The spatial correlations Rvv reflect the decrease of the length scales in the case of a perturbed jet.

Afin d’élaborer des stratégies de contrôle des écoulements en temps réel, il est nécessaire d’avoir recours à des modèles d’ordre réduit (ROMs), car la résolution des équations complètes est trop coûteuse en temps de calcul (des jours, des semaines) et en espace mémoire. Dans cette thèse, les modèles réduits ont été construits avec la méthode POD (Proper Orthogonal Decomposition). Une méthode de projection basée sur la minimisation des résidus, initiée par les travaux de Leblond et al. [134] a été proposée. Dans certaines configurations, la précision des résultats est significativement augmentée, par rapport à une projection de Galerkin classique. Dans un second temps, un algorithme d’optimisation non-linéaire, à direction de descente basée sur la méthode des équations adjointes, a été couplé avec des modèles réduits utilisant des bases POD. Deux méthodes de construction de base POD ont été employées : soit avec un paramètre (un nombre de Reynolds,. . . ), soit avec plusieurs paramètres (plusieurs nombres de Reynolds, . . . ). Les ROMs obtenus ont été utilisés pour contrôler la dispersion d’un polluant dans une cavité ventilée puis pour contrôler le champ de température dans une cavité entraînée différentiellement chauffée. Le contrôle est réalisé en temps quasi-réel et les résultats obtenus sont plutôt satisfaisants. Néanmoins, ces méthodes sont encore trop coûteuses en espace mémoire pour être aujourd’hui embarquées dans les boîtiers de contrôle utilisés dans le bâtiment. Une autre stratégie de contrôle, s’appuyant sur les contrôleurs actuels, a ainsi été développée. Celle-ci permet d’obtenir la température (ainsi que la vitesse) dans la zone d’occupation du bâtiment, en utilisant une décomposition des champs par POD et un algorithme d’optimisation de Levenberg-Marquardt. Elle a été validée sur une cavité différentiellement chauffée, puis appliquée sur une cavité ventilée 3D, proche d’un cas réel. / In order to control flows in real-time, it is necessary to resort to reduced-order models (ROMs) because the classical method of simulations is too expensive in CPU time (several days, weeks) and memory storage. In this thesis, the ROMs have been built with the POD (Proper Orthogonal Decomposition) technique. First, a projection method based on the minimization of the equations residuals and established starting from the works of Leblond et al. [134] have been developed. In some cases, the results accuracy is significantly increased. Secondly, a direct descent optimization algorithm based on adjoint-equations has been coupled with POD/ROMs. Two construction methods of POD bases has been employed: either with simulations for only one parameter (one Reynolds number, . . . ), or with simulations for several parameters (several Reynolds numbers,. . . ). The obtained ROMs have been applied in order to control the pollutant dispersion and then to control the temperature field in a lid-driven cavity heated by the left. The control is realized in quasi-real time and the results are rather satisfying. Nevertheless, these methods are still too expensive in memory storage to be embedded in the current controllers. Thus, another control strategy has been proposed, using POD and an optimization algorithm (Levenberg-Marquardt). This one enables to obtain the temperature (and the velocity) in the occupation zone of the building and has been validated on the lid-driven cavity heated by the left and applied on a 3D-ventilated cavity, similar to a real case.

Ce mémoire de thèse est formé de quatre chapitres. Un premier chapitre présente les différentes notions et outils mathématiques utilisés dans le corps de la thèse ainsi qu’une description des résultats principaux que nous avons obtenus. Le second chapitre présente une généralisation d’un résultat obtenu par Rousselet-Chénais en 1990 qui décrit la sensibilité des sous-espaces propres d’opérateurs compacts auto-adjoints. Rousselet-Chénais se sont limités aux sous-espaces propres de dimension 1 et nous avons étendu leur résultat aux dimensions supérieures. Nous avons appliqué nos résultats à la Décomposition par Projection Orthogonale (POD) dans le cas de variation paramétrique, temporelle ou spatiale (Gappy-POD). Le troisième chapitre traite de l’estimation du flot optique avec des énergies quadratiques ou linéaires à l’infini. On montre des résultats mathématiques de convergence de la méthode de Décomposition Progressive Généralisée (PGD) dans le cas des énergies quadratiques. Notre démonstration est basée sur la décomposition de Brézis-Lieb via la convergence presque-partout de la suite gradient PGD. Une étude numérique détaillée est faite sur différents type d’images : sur les équations de transport de scalaire passif, dont le champ de déplacement est solution des équations de Navier-Stokes. Ces équations présentent un défi pour l’estimation du flot optique à cause du faible gradient dans plusieurs régions de l’image. Nous avons appliqué notre méthode aux séquences d’images IRM pour l’estimation du mouvement des organes abdominaux. La PGD a présenté une supériorité à la fois au niveau du temps de calcul (même en 2D) et au niveau de la représentation correcte des mouvements estimés. La diffusion locale des méthodes classiques (Horn & Schunck, par exemple) ralentit leur convergence contrairement à la PGD qui est une méthode plus globale par nature. Le dernier chapitre traite de l’application de la méthode PGD dans le cas d’équations elliptiques variationnelles dont l’énergie présente tous les défis aux méthodes variationnelles classiques : manque de convexité, manque de coercivité et manque du caractère borné de l’énergie. Nous démontrons des résultats de convergence, pour la topologie faible, des suites PGD (lorsqu’elles sont bien définies) vers deux solutions extrémales sur la variété de Nehari. Plusieurs questions mathématiques concernant la PGD restent ouvertes dans ce chapitre. Ces questions font partie de nos perspectives de recherche. / This thesis is formed of four chapters. The first one presents the mathematical notions and tools used in this thesis and gives a description of the main results obtained within. The second chapter presents our generalization of a result obtained by Rousselet-Chenais in 1990 which describes the sensitivity of eigensubspaces for self-adjoint compact operators. Rousselet-Chenais were limited to sensitivity for specific subspaces of dimension 1, we have extended their result to higher dimensions. We applied our results to the Proper Orthogonal Decomposition (POD) in the case of parametric, temporal and spatial variations (Gappy- POD). The third chapter discusses the optical flow estimate with quadratic or linear energies at infinity. Mathematical results of convergence are shown for the method Progressive Generalized Decomposition (PGD) in the case of quadratic energies. Our proof is based on the decomposition of Brézis-lieb via the convergence almost everywhere of the PGD sequence gradients. A detailed numerical study is made on different types of images : on the passive scalar transport equations, whose displacement fields are solutions of the Navier-Stokes equations. These equations present a challenge for optical flow estimates because of the presence of low gradient regions in the image. We applied our method to the MRI image sequences to estimate the movement of the abdominal organs. PGD presented a superiority in both computing time level (even in 2D) and accuracy representation of the estimated motion. The local diffusion of standard methods (Horn Schunck, for example) limits the convergence rate, in contrast to the PGD which is a more global approach by construction. The last chapter deals with the application of PGD method in the case of variational elliptic equations whose energy present all challenges to classical variational methods : lack of convexity, lack of coercivity and lack of boundedness. We prove convergence results for the weak topology, the PGD sequences converge (when they are well defined) to two extremal solutions on the Nehari manifold. Several mathematical questions about PGD remain open in this chapter. These questions are part of our research perspectives.

The thesis recounts the history of the village school of Velké Karlovice - Miloňov. The thesis is historical/empirical. The empirical part aims to use qualitative research to discover how the people of the region, the pupils of the school, perceived education in this hard, mountainous part of Wallachia. Their responses are compared to records of the Miloňov school chronicles. The historical part aims to present the results of a literary summary of the history of education in the Wallachia region and a comprehensive study of the history of the Miloňov Valley school. The thesis also covers the replica of the building of the Miloňov school built in the Wallachian Open Air Museum in Rožnov pod Radhoštěm. Included in the thesis is also an interview of the curator and expert guarantor responsible for the the construction of the museum replica. The replica building of the school in the Wallachian Open Air Museum offers a wide variety of educational programmes for schools. The appendix of the thesis includes a worksheet for first-graders that can be used as a part of the "Welcome to school" event in the Museum. The Wallachian Open Air Museum offers this event at the beginning of September. Keywords Velké Karlovice - Miloňov school, school history, Wallachian Open Air Museum in Rožnov pod Radhoštěm,...

L'objectif de ce travail est de mettre au point des méthodes pour détecter, localiser, quantifier et suivre l'évolution de l'endommagement dans les câbles courts, tels que les suspentes des ponts suspendus, à partir de leurs réponses vibratoires. Afin de modéliser ces câbles, un modèle linéaire 1D de poutre d'Euler Bernoulli avec tension est utilisé. Ce modèle permet de modéliser une large gamme de structures, allant de la corde vibrante à la poutre sans tension. Pour le câble, l'endommagement est introduit dans l'équation vibratoire par des modifications locales de la masse linéique et de la rigidité en flexion et par un changement global de la tension. De plus, pour introduire une "fissure" dans l'équation vibratoire d'une poutre, la modification de la rigidité peut être remplacée par un ressort de rotation au niveau de la fissure. Pour ces deux modèles d'introduction d'endommagements, une estimation analytique au premier ordre des variations des paramètres modaux en fonction des modifications est établie. Grâce aux estimations analytiques obtenues pour la variation relative des fréquences en fonctions des modifications physiques, nous développons des techniques de localisation pour deux cas d'étude : deux essais seuls correspondants à deux états (sain et endommagé) et une série d'essais (plusieurs essais de l'état sain à l'état endommagé). Pour ce second cas, une autre méthode de détection et de localisation utilisant cette fois la SVD est proposée. Les méthodes proposées sont testées sur des données numériques et sur des données expérimentales existant dans la littérature ou effectuées pendant la thèse / The objective of this work is to develop methods to detect, localize, quantify and follow the evolution of the damage in short cables, such as suspenders of the suspension bridges, using their vibratory responses. To simulate these cables, a 1D Euler Bernoulli beam linear model with tension is used. This model allows to study a wide range of structures from the vibrating string to the beam without tension. For cables, damage is introduced into the vibratory equation by local changes of the linear density and the bending stiffness and a global change in the tension. To introduce a crack in the vibrating beam equation, the change in the rigidity may be replaced by a pinned joint at the location ofthe crack. For both these models, a first order analytical estimation of the variation of modal parameters due to theses changes is established. Using these analytical estimations of the relative frequency variations in functions of the physical changes, we develop methods of localization for two cases : only two tests corresponding to two states (healthy and damaged) and a series of tests (several tests on the healthy state and several tests on the damaged state). For the second case, we propose another method of detection and localization which uses the SVD tool . These methods are tested on numerical data and experimental data from literature or from tests performed during the phD.

The aim of this work is the improvement of model-based data worth analysis for groundwater systems with the use of surrogate models. Physically-based groundwater models are wide-spread tools used to make diverse predictions for research and management problems. They allow incorporation of system knowledge and a multitude of data. Often, this complexity is accompanied with high model run times. This is especially problematic for applications such as uncertainty analysis or data worth analysis, which necessitate many model runs. Surrogate models aim to address these challenges with run time reduction through simplification of the model, usually through techniques of the following three major categories: projection-based methods, data-driven methods and structural reduction methods. The run time reduction through the use of surrogate models is associated with impairments regarding their applicability, accuracy of system representation, predictive uncertainty quantification and integration of system knowledge. In light of these potential limitations, this thesis compares the ability of three different surrogate models in reproducing diverse model predictions and data worth estimates of a complex, real-world benchmark model. The surrogates used are a spatially and parametrically simplified physically-based model, a set of artificial neural networks (ANNs) and a projection-based 'proper orthogonal decomposition' (POD) model. In the first part of this dissertation, the potentials and shortcomings of the popular POD method in regard to boundary representation are detailed and an extension of the method for accurate boundary depiction is proposed. The explicit treatment of boundary conditions is shown to eliminate reduction-induced errors at Dirichlet and Neumann boundaries (and reduce errors at Cauchy boundaries) for a small trade-off in general groundwater head accuracy. Ease of implementation and the potential for purposeful application of the extension allow modelers a target-oriented refinement of POD models. The second part of this dissertation addresses the challenge of quantifying the model simplification error of a surrogate model in light of erroneousness of their model predictions. An existing method for predictive uncertainty quantification is extended to estimate the simplification error and bias of different model predictions of all three surrogate models compared to the complex benchmark model predictions. Results show that the magnitude and structure of model simplification error is highly dependent on both the type of model prediction and surrogate model. In the final part of the thesis, two of the surrogate models are compared with the complex model in their application for analysis of worth of different data types. First-order second-moment data worth analysis methods are extended to account for the non-uniqueness of calibrated model parameters in a robust method. It is then used in collaboration with the surrogate models to analyze the worth of existing, 'future' and 'parametric' data for varying model predictions. The comparison of changes in predictive uncertainty variance between complex model and the surrogates shows that the simplified, physically-based model is only able to identify data worth in the existing calibration data set. The POD model is a suitable surrogate for data worth analysis in regards to all differing predictions and worth of existing, 'future' and 'parametric' data when combined with the strengths of the proposed robust data worth analysis method.:1 Introduction 2 State of the art 2.1 Surrogate modeling for groundwater systems 2.1.1 Introduction 2.1.2 Projection-based methods 2.1.3 Data-driven methods 2.1.4 Structural simplification methods 2.1.5 Open research questions 2.2 Uncertainty and data worth analysis 2.2.1 Introduction 2.2.2 Sources of uncertainty in groundwater modeling 2.2.3 Types of uncertainty analysis 2.2.4 Data worth analysis 2.2.5 Open research questions 3 Objectives and contributions 3.1 Explicit boundary treatment in POD 3.2 Analysis of model simplification error 3.3 Robust data worth analysis using surrogate models 3.4 Expected impact 4 Methods 4.1 The Wairau Plain aquifer, the complex model and its surrogates 4.1.1 The Wairau Plain aquifer 4.1.2 Complex MODFLOW model of the Wairau Plain aquifer (CM) 4.1.3 Surrogate 1: simplified MODFLOW model (SM1,sMm) 4.1.4 Surrogate 2: linearized POD model (SM2,POD) 4.1.5 Surrogate 3: artificial neural networks (SM3,ANN) 4.2 POD extension for explicit boundary treatment 4.2.1 Groundwater models and basic POD 4.2.2 Theory of explicit treatment of boundary conditions in POD 4.2.3 Different boundary conditions in eb-POD 4.2.4 Cost of eb-POD compared to basic POD 4.3 Model simplification error analysis - theory 4.3.1 A linear model, solution space and null-space 4.3.2 Surrogate model: definition and calibration 4.3.3 Parameter simplification - relationship between complex model and surrogate model parameters 4.3.4 Simplification error of surrogate model predictions 4.4 Model simplification error analysis - scatter plot analysis 4.4.1 Methodology 4.4.2 General features of the scatter plots 4.4.3 Contributions of error terms 4.4.4 Prediction pairs 4.4.5 Summary 4.5 Robust data worth analysis 4.5.1 First-order second-moment uncertainty estimation 4.5.2 Worth of data 4.5.3 Generating calibrated parameter sets - null-space parameter perturbation 4.5.4 Robust data worth analysis 5 Results and discussion 5.1 Explicit treatment of boundary conditions in POD 5.1.1 (Variable) Dirichlet boundaries 5.1.2 Neumann boundaries 5.1.3 Cauchy boundaries 5.1.4 Applying eb-POD: summary 5.2 Quantifying model simplification error 5.2.1 Simplified MODFLOW model: SM1,sMm 5.2.2 POD surrogate model: SM2,POD 5.2.3 ANN surrogate model: SM3,ANN 5.2.4 Surrogate comparison: simplification errors in model predictions 5.3 Robust data worth analysis using surrogate models 5.3.1 Worth of existing data 5.3.2 Worth of 'future' data 5.3.3 Worth of 'parametric' data 5.3.4 Data worth with surrogate models: summary 5.4 Discussion 6 Conclusions and outlook A Appendix: Publications / Das Ziel dieser Arbeit ist die Verbesserung modellbasierter Datenwertanalyse in Grundwassersystemen mittels Ersatzmodellen. Vielfältige Fragestellungen im Fachgebiet Grundwasser werden in Wissenschaft und Praxis mithilfe von physikalisch basierten Modellen beantwortet. Solche Modelle können hierbei vorhandene Kenntnisse über das System sowie eine Vielzahl gemessener Daten einbinden. Jedoch führt die zugrundeliegende Komplexität häufig zu langen Modelllaufzeiten, was insbesondere für Anwendungen mit vielen Modellläufen, wie Unsicherheits- oder Datenwertanalyse, problematisch ist. Hier greifen Ersatzmodelle an: eine Vereinfachung des Modells reduziert die zugehörigen Laufzeiten. Solche Ersatzmodelle lassen sich in drei Kategorien einteilen: projektionsbasierte Methoden, datengetriebene Methoden und strukturreduzierende Methoden. Ersatzmodelle haben jedoch auch verschiedene Nachteile: eingeschränkte Anwendbarkeit, geringere Genauigkeit der Systemabbildung, verringerte Qualität ihrer Vorhersage- und Unsicherheitsschätzung, sowie Restriktionen bei der Integrierung vorhandener Systemkenntnisse. Zur Abschätzung dieser möglichen Einschränkungen vergleicht diese Arbeit drei verschiedene Ersatzmodelle mit einem realen, komplexen Benchmarkmodell in Bezug auf ihre Fähigkeit, verschiedene Modellvorhersagen und Datenwertabschätzungen glaubhaft zu reproduzieren. Die drei Ersatzmodelle sind: ein räumlich und parametrisch vereinfachtes, physikalisch basiertes Modell, ein Verbund künstlicher neuronaler Netze und ein projektionsbasiertes 'proper orthogonal decomposition' (POD) Modell. Der erste Teil der Arbeit widmet sich den Ungenauigkeiten der weitverbreiteten POD Methode bei der Abbildung von Randbedingungen und zeigt eine Erweiterung der Methode zur präziseren Darstellung der Randbedingungen in POD auf. Es wird nachgewiesen, dass diese explizite Behandlung der Randbedingungen in POD reduktionsbasierte Fehler in den Dirichlet- und Neumann-Randbedingungen eliminiert sowie Fehler in den Cauchy-Randbedingungen reduziert. Die Methode führt jedoch zu einer leicht verringerten Genauigkeit bei der allgemeinen Abbildung der Grundwasserstände im Vergleich zu herkömmlichen POD. Dennoch ist die Methode ein nützliches Werkzeug, da sie eine zielgerichtete Anpassung von POD-Ersatzmodellen erlaubt. Der zweite Teil der Arbeit stellt sich der Aufgabe, den durch die Modellvereinfachung eingebrachten Fehler der Ersatzmodelle bezogen auf ihre Modellvorhersagen zu beurteilen. Hierzu wird eine vorhandene Methode zur Berechnung von Vorhersageunsicherheiten angepasst und erweitert, um Fehler und Bias durch Modellvereinfachung zwischen den drei Ersatzmodellen und dem Benchmarkmodell für verschiedene Modellvorhersagen abzuschätzen. Die Ergebnisse zeigen, dass Größe und Struktur des Fehlers durch Modellvereinfachung stark von der Art der Modellvorhersage und des jeweiligen Ersatzmodells abhängen. Im letzten Teil der Arbeit werden zwei der Ersatzmodelle mit dem Benchmarkmodell bezüglich ihrer Nutzbarkeit zur Datenwertanalyse verglichen. Die verwendete, lokale Methode zur Datenwertanalyse wird auf mehrere plausible Parameterfelder angewandt, um die Nichteindeutigkeit kalibrierter Modellparameter mit einzubeziehen. Mittels dieser erweiterten, robusten Methode werden vorhandene, 'zukünftige' und 'parametrische' Datenwerte in Bezug auf verschiedene Modellvorhersagen für die Ersatzmodelle sowie das Benchmarkmodell evaluiert. Der Vergleich der auf Vorhersageunsicherheiten bezogenen Datenwerte zwischen Benchmarkmodell und dem vereinfachten, physikalisch basierten Modell zeigt, dass dieses Ersatzmodell nur die Ergebnisse für vorhandene Daten korrekt wiedergibt. Das POD Modell dagegen ist ein geeignetes Ersatzmodell hinsichtlich seiner Fähigkeit, Datenwerte des Benchmarkmodells mittels der vorgestellten robusten Methode zu reproduzieren. Dies ist unabhängig von der gewählten Vorhersage und davon, ob vorhandene, 'zukünftige' oder 'parametrische' Daten betrachtet werden.:1 Introduction 2 State of the art 2.1 Surrogate modeling for groundwater systems 2.1.1 Introduction 2.1.2 Projection-based methods 2.1.3 Data-driven methods 2.1.4 Structural simplification methods 2.1.5 Open research questions 2.2 Uncertainty and data worth analysis 2.2.1 Introduction 2.2.2 Sources of uncertainty in groundwater modeling 2.2.3 Types of uncertainty analysis 2.2.4 Data worth analysis 2.2.5 Open research questions 3 Objectives and contributions 3.1 Explicit boundary treatment in POD 3.2 Analysis of model simplification error 3.3 Robust data worth analysis using surrogate models 3.4 Expected impact 4 Methods 4.1 The Wairau Plain aquifer, the complex model and its surrogates 4.1.1 The Wairau Plain aquifer 4.1.2 Complex MODFLOW model of the Wairau Plain aquifer (CM) 4.1.3 Surrogate 1: simplified MODFLOW model (SM1,sMm) 4.1.4 Surrogate 2: linearized POD model (SM2,POD) 4.1.5 Surrogate 3: artificial neural networks (SM3,ANN) 4.2 POD extension for explicit boundary treatment 4.2.1 Groundwater models and basic POD 4.2.2 Theory of explicit treatment of boundary conditions in POD 4.2.3 Different boundary conditions in eb-POD 4.2.4 Cost of eb-POD compared to basic POD 4.3 Model simplification error analysis - theory 4.3.1 A linear model, solution space and null-space 4.3.2 Surrogate model: definition and calibration 4.3.3 Parameter simplification - relationship between complex model and surrogate model parameters 4.3.4 Simplification error of surrogate model predictions 4.4 Model simplification error analysis - scatter plot analysis 4.4.1 Methodology 4.4.2 General features of the scatter plots 4.4.3 Contributions of error terms 4.4.4 Prediction pairs 4.4.5 Summary 4.5 Robust data worth analysis 4.5.1 First-order second-moment uncertainty estimation 4.5.2 Worth of data 4.5.3 Generating calibrated parameter sets - null-space parameter perturbation 4.5.4 Robust data worth analysis 5 Results and discussion 5.1 Explicit treatment of boundary conditions in POD 5.1.1 (Variable) Dirichlet boundaries 5.1.2 Neumann boundaries 5.1.3 Cauchy boundaries 5.1.4 Applying eb-POD: summary 5.2 Quantifying model simplification error 5.2.1 Simplified MODFLOW model: SM1,sMm 5.2.2 POD surrogate model: SM2,POD 5.2.3 ANN surrogate model: SM3,ANN 5.2.4 Surrogate comparison: simplification errors in model predictions 5.3 Robust data worth analysis using surrogate models 5.3.1 Worth of existing data 5.3.2 Worth of 'future' data 5.3.3 Worth of 'parametric' data 5.3.4 Data worth with surrogate models: summary 5.4 Discussion 6 Conclusions and outlook A Appendix: Publications

Wind farms are commonly connected to the main grid through compensated lines which increases the power transfer capability of the line. Double Fed Induction Generator (DFIG) wind turbines in connection to compensated lines can experience Sub-Synchronous Control Interaction (SSCI) which can bring system quantities above allowed levels. The work conducted in this thesis describes the use of harmonic injection to analyze the DFIG. The method describes how to analyze the DFIG such that it can be used to determine if the DFIG will experience SSCI. By using Electro-Magnetic Transient (EMT) software, the work shows how the method can be used to analyze the DFIG both to find the resonant frequency as well as if the oscillations will be sufficiently damped or undamped. Using the method of harmonic injection, the DFIG’s internal control parameters are also investigated and the equivalent frequency dependant resistance of the system is measured. After analyzing the DFIG, a Power Oscillation Damper (POD) is implemented as a supplementary control system in the DFIG control system to dampen the SSCI. The POD is optimized using PSCAD and is validated using the harmonic injection method. / Vindkraftverk är vanligtvis anslutna till stamnätet genom kompenserade ledningar, vilket ökar ledningens effektöverföringsfaktor. Dubbelmatade induktionsgeneratorer (DFIG) i anslutning med kompenserade ledningar kan uppleva subsynkrona kontrollinteraktioner (SSCI) som kan leda till att vissa systemstorheter överskrider tillåtna nivåer. Det arbete som utförs i denna rapport beskriver användningen av harmonisk injektion för att analysera DFIG. Metoden beskriver hur man analyserar DFIG så att den kan användas för att avgöra om DFIG kommer att uppleva SSCI. Genom att använda EMT-programvara (Electro-Magnetic Transient) visar arbetet i rapporten hur metoden kan användas för att analysera DFIG både för att hitta resonansfrekvensen och för att avgöra om svängningarna kommer att vara tillräckligt dämpade eller odämpade. Med hjälp av metoden för harmonisk injektion undersöks också DFIG:s interna styrparametrar och systemets ekvivalenta frekvensberoende motstånd mäts. Efter analys av DFIG:en implementeras en dämptillsats (POD) som ett kompletterande styrsystem i DFIG:s styrsystem för att dämpa SSCI. POD optimeras med hjälp av PSCAD och valideras med hjälp av harmonisk injektionsmetod.

This thesis focuses on addressing the challenges of resource management in cloud environments, specifically in the context of running resource-optimized applications on Kubernetes. The scale and growth of cloud services, coupled with the dynamic nature of workloads, make it difficult to efficiently manage resources and control costs. The objective of this thesis is to explore the proactive autoscaling of virtual resources based on traffic demand, aiming to improve the current reactive approach, the Horizontal Pod Autoscaler (HPA), that relies on predefined rules and threshold values. By enabling proactive autoscaling, resource allocation can be optimized proactively, leading to improved resource utilization and cost savings. The aim is to strike a balance between resource utilization and the risk of Service Level Agreement (SLA) violations while optimizing resource usage for microservices. The study involves generating predictions and assessing resource utilization for both the current HPA implementation and the proposed solution. By comparing resource utilization and cost implications, the economic feasibility and benefits of adopting the new approach can be determined. The analysis aims to provide valuable insights into resource utilization patterns and optimization opportunities. The analysis shows significant improvements in CPU utilization and resource consumption using the proposed approach compared to the current HPA implementation. The proactive strategy allows for handling the same number of requests with fewer replicas, resulting in improved efficiency. The proposed solution has the potential to be applied to any type of service running on Kubernetes, with low computational costs. In conclusion, the analysis demonstrates the potential for resource optimization and cost savings through the proposed approach. By adopting proactive strategies and accurately predicting resource needs, organizations can achieve efficient resource utilization, system robustness, and compliance with SLA. Further research and enhancements can be explored based on the findings of this analysis. / Denna avhandling fokuserar på att adressera utmaningarna med resurshantering i molnmiljöer, specifikt i kontexten att köra resursoptimerade applikationer på Kubernetes. Skalan och tillväxten av molntjänster, tillsammans med arbetsbelastningarnas dynamiska natur, gör det svårt att effektivt hantera resurser och kontrollera kostnader. Syftet med denna avhandling är att utforska proaktiv autoskalning av virtuella resurser baserat på trafikbehov, med målet att förbättra den nuvarande reaktiva metoden, Horizontal Pod Autoscaler (HPA), som förlitar sig på fördefinierade regler och tröskelvärden. Genom att möjliggöra proaktiv autoskalning kan resurstilldelningen optimeras i förväg, vilket leder till förbättrad resursanvändning och kostnadsbesparingar. Målet är att hitta en balans mellan resursanvändning och risken för överträdelser av Service Level Agreements (SLA) samtidigt som resursanvändningen för mikrotjänster optimeras. Studien innefattar att generera förutsägelser och bedöma resursanvändning för både den nuvarande HPA-implementeringen och den föreslagna lösningen. Genom att jämföra resursanvändning och kostnadsimplikationer kan den ekonomiska genomförbarheten och fördelarna med att anta det nya tillvägagångssättet bestämmas. Analysen syftar till att ge värdefulla insikter i mönster för resursanvändning och möjligheter till optimering. Analysen visar betydande förbättringar i CPU-användning och resursförbrukning med den föreslagna metoden jämfört med den nuvarande HPA-implementeringen. Den proaktiva strategin möjliggör hantering av samma antal förfrågningar med färre replikor, vilket resulterar i förbättrad effektivitet. Den föreslagna lösningen har potential att tillämpas på alla typer av tjänster som körs på Kubernetes, med låga beräkningskostnader. Sammanfattningsvis visar analysen potentialen för resursoptimering och kostnadsbesparingar genom det föreslagna tillvägagångssättet. Genom att anta proaktiva strategier och noggrant förutsäga resursbehov kan organisationer uppnå effektiv resursanvändning, systemets robusthet och uppfyllnad av SLA:er. Vidare forskning och förbättringar kan utforskas baserat på resultaten av denna analys.