Ce manuscrit synthétise plus d'une décade de notre recherche académique sur le sujet d'optimisation de codes bas niveau, dont le but est une intégration dans un compilateur optimisant ou dans un outil d'optimisation semi-automatique. Dans les programmes bas niveau, les caractéristiques du processeur sont connues et peuvent être utilisées pour générer des codes plus en harmonie avec le matériel. Nous commençons notre document par une vue générale sur le problème d'ordonnancement des phases de compilation. Actuellement, des centaines d'étapes de compilation et d'optimisation de codes existent; un problème fondamental et ouvert reste de savoir comment les combiner et les ordonner efficacement. Pour pallier rapidement cette difficulté, une stratégie du moindre effort consiste à appliquer une compilation itérative en exécutant successivement le programme avant de décider de la technique d'optimisation de code à employer et avec quels paramètres. Nous prouvons que l'approche de compilation itérative ne simpli fie pas fondamentalement le problème, et l'utilisation de modèles statiques de performances reste un choix raisonnable. Un problème classique de con it entre deux étapes de compilation est celui qui lie l'allocation de registres et l'ordonnancement d'instructions. Nous montrons comment gérer efficacement cet antagonisme en séparant les contraintes de registres des contraintes d'ordonnancement d'instructions. Cela est possible grâce à la notion de saturation en registres (RS), qui est le besoin maximal en registres pour tous les ordonnancements possibles d'un graphe. Nous apportons une contribution formelle et une heuristique efficace, qui permettent la détection de contraintes de registres toujours véri fiées; ils peuvent par conséquent être négligées. Nous introduisons la plate-forme SIRA, qui permet de garantir l'absence de code de vidage avant l'ordonnancement d'instructions. SIRA est un modèle basé sur la théorie des graphes permettant de borner le besoin maximal en registres pour tout pipeline logiciel, sans altérer, si possible, le parallélisme d'instructions. SIRA modélise les contraintes cycliques des registres dans différentes architectures possibles : avec plusieurs types de registres, avec tampons ou les d'attente, et avec des bancs de registres rotatifs. Nous apportons une heuristique efficace qui montre des résultats satisfaisants, que ce soit comme outil indépendant, ou comme passe intégrée dans un vrai compilateur. Dans le contexte des processeurs exhibant des retards d'accès aux registres (VLIW, EPIC, DSP), nous attirons l'attention sur le problème qui peut survenir lorsque les contraintes de registres sont traitées avant l'ordonnancement d'instructions. Ce problème est la création de circuits négatifs ou nuls dans le graphe de dépendances de données. Nous montrons comment éliminer ces circuits indésirables dans le contexte de SIRA. SIRA définit une relation formelle entre le nombre de registres alloués, le parallélisme d'instructions et le facteur de déroulage d'une boucle. Nous nous basons sur cette relation pour écrire un algorithme optimal qui minimise le facteur de déroulage tout en sauvegardant le parallélisme d'instructions et en garantissant l'absence de code de vidage. D'après nos connaissances, ceci est le premier résultat qui démontre que le compactage de la taille de code n'est pas un objectif antagoniste à l'optimisation des performances de code. L'interaction entre la hiérarchie mémoire et le parallélisme d'instructions est un point central si l'on souhaite réduire le coût des latences d'opérations de chargement. Premièrement, notre étude pratique avec des micro-benchmarks montre que les processeurs superscalaires ayant une exécution dans le désordre ont un bug de performances dans leur mécanisme de désambiguation mémoire. Nous montrons ensuite qu'une vectorisation des opérations mémoire résoud ce problème pour des codes réguliers. Deuxièmement, nous étudions l'optimisation de préchargement de données pour des codes VLIW embarqués irréguliers. Finalement, avec l'arrivée des processeurs multicoeurs, nous observons que les temps d'exécution des programmes deviennent très variables. A fin d'améliorer la reproductibilité des résultats expérimentaux, nous avons conçu le Speedup-Test, un protocole statistique rigoureux. Nous nous basons sur des tests statistiques connus (tests de Shapiro-Wilk, F de Fisher, de Student, de Kolmogorov-Smirnov, de Wilcoxon- Mann-Whitney) a n d'évaluer si une accélération observée du temps d'exécution médian ou moyen est signi cative.

Les travaux présentes dans cette thèse s'inscrivent dans le cadre des méthodes d'évacuation des populations. Ils visent à étudier les capacités et modéliser le problème d'évacuation (blessés, sinistrés, enfants, personnes agées, etc.) dans une situation de crise (attentats terroristes, catastrophes naturelles, etc.) et développer des méthodes d'aide à la décision tout en proposant une meilleure planification et des plans optimaux d'évacuation des populations de la zone de crise vers les centres hospitaliers.Notre travail consiste à résoudre le problème d'évacuation de blessés dans des zones de crise avec une nouvelle vision qui consiste à optimiser le temps de transport et par conséquent sauver le maximum des personnes touchées par cette crise d'une façon dynamique, efficace et rapide pour minimiser la perte humaine. / The work presented in this thesis is part of human evacuation methods. It aims to study the capacities, model the evacuation problem (wounded, victims, children, elderly, etc.) in a crisis situation (terrorist attacks, natural disasters, etc.) and to develops methods for decision making while proposing better planning and optimal evacuation plans for populations from the crisis zone to hospitals.Our job is to solve the wounded evacuation problem in crisis zone with a new vision that optimizes the transport time and thus saving the maximum of causalities in a dynamic, efficient and fast way in order to minimize human loss.

Cette thèse est d'abord motivée par le souci d'élucider certains liens existant entre la théorie des ensembles flous et celle des probabilités, en les replaçant toutes deux dans un contexte plus général de mesures dites « d'incertitude ». Sur cette base, on développe des outils mathématiques susceptibles d'exprimer rigoureusement, de façon quantitative, les concepts duaux de possibilité et de nécessité. On montre notamment qu'on peut par là généraliser les opérations logiques ainsi que d'autres notions, telles que la cardinalité, à des ensembles dont les frontières sont mal définies, représentés par le biais d'une fonction d'appartenance, qu'on peut voir comme une distribution de possibilité. On développe, dans le cadre de la théorie des possibilités, un calcul analogue à celui des fonctions de variables aléatoires, appelé calcule des intervalles flous, qui généralise le calcule d'erreurs. Des éléments d'analyse de fonctions floues, étendant l'analyse des correspondances, sont fournis, notamment l'intégration de Riemann.<br /><br />Ces outils mathématiques sont appliqués à la formulation et à la résolution de problèmes d'analyse de la décision et de recherche opérationnelle. On étudie plus particulièrement l'agrégation de critère, l'évaluation des décisions et le choix en environnement incertain et imprécisément décrit, les algorithmes de plus courts chemins dans les graphes imprécisément valués, la programmation linéaire avec contraintes floues. On tente dans chaque cas de discuter les mérites et les limites de la théorie des possibilités par rapport à celle des probabilités, tant sur le plan de leur pouvoir descriptif que sur celui des calculs qu'elles entraînent, et des résultats qu'elles permettent d'obtenir.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Contexte: Le Bénin est atteint par le double fardeau nutritionnel : dans le même pays, et parfois dans le même ménage, il y a des personnes malnutries et d’autres aux prises avec des maladies chroniques. Ces conditions, au moins pour partie, peuvent être prévenues si la population est sensibilisée à de bonnes habitudes alimentaires. Pour ce faire, les professionnels de la santé ont besoin d’outils comme un guide alimentaire (GA) pour faciliter l’apprentissage de bonnes pratiques alimentaires. Ce dernier nécessite plusieurs étapes à son élaboration, dont la définition des groupes alimentaires, la présentation visuelle et la quantification des portions d'aliments. Objectif : Ce travail a eu pour but de proposer et d’homologuer des portions quotidiennes d’aliments dans chaque groupe alimentaire pour différents groupes d’âge de Béninois. Méthode : Elle consiste à : 1) Caractériser la consommation alimentaire locale; 2) Optimiser le profil moyen de consommation alimentaire quotidienne à l’aide de la programmation linéaire (PL); 3) Traduire les résultats en termes de nombre et taille de portions d’aliments de chaque groupe à consommer quotidiennement; 4) Illustrer les recommandations au moyen d’exemples de menus journaliers; 5) Homologuer le prototype du GA avec des experts béninois. La PL a permis de déterminer les choix d’aliments et quantités optimales à recommander à partir des enquêtes transversales récentes et des recommandations nutritionnelles de l’OMS. Résultats : Les quantités et portions d'aliments recommandées à la consommation ont été déterminées. Les résultats ont été partagés avec les personnes-ressources en nutrition au Bénin. Le premier prototype du GA a été développé pour restitution subséquente aux autorités du Bénin. / Context: Benin is affected by a double burden of malnutrition: undernourishment and over-nutrition. In the same country and sometimes in the same household, undernourished individuals and individuals living with diseases related to over-nutrition can be found. This malnutrition burden can be prevented, at least in part, if the population is made aware of proper eating habits. To this end, local health professionals need educational tools like a food guide to teach proper dietary practices. The elaboration of a guide is a stepwise process: 1)Definition of food groups;2) Identification of a visual representation for the food guide and 3) Quantification of food serving size to recommend. Objective: To determine the daily number of servings per food group and serving sizes of foods to be recommended for different age and sex groups in Benin. Methods: 1) Characterization of local dietary patterns with data from two recent cross-sectional studies; 2) Optimisation of average local diet with linear programming (LP) and WHO recommended nutrient intakes; 3) Translation of the results of LP in terms of number and size of daily servings per food group; 4) Illustrating the recommendations with examples of daily menus; 5) Validation of the food guide prototype with local decision makers in nutrition. Results: The number and size of servings per food group to recommend was determined using LP. Results were shared with local experts in Benin. The first food guide prototype was developed for subsequent restitution to local authorities.

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. / This research is performed in close collaboration with the cancer center ICL. The « Institut de Cancérologie de la Loire » (Loire Cancer Institute), a.k.a. ICL, is a French public comprehensive cancer center providing oncology.This thesis addresses the problem of determining the work schedule, called medical planning, of oncologists for chemotherapy of oncology patients at ambulatory care units. A mixed integer programming (MIP) model is proposed for medical planning in order to best balance bed capacity requirements under capacity constraints of key resources such as beds and oncologists. The most salient feature of the MIP model is the explicit modeling of specific features of chemotherapy such as treatment protocols. The medical planning problem is proved to be NP-complete. A three-stage approach is proposed for determining good medical planning in reasonable computational time.

Actuellement, les fabricants sont soumis à une pression économique importante et à une concurrence internationale accrue due à la globalisation des marchés. Pour réussir, les fabricants doivent être capables de répondre rapidement aux changements de la demande en adaptant leurs systèmes de production. Cette adaptation aux changements peut être réalisée à travers multiples reconfigurations du système de production.Les travaux présentés dans ce mémoire portent sur l'élaboration des méthodes de recherche opérationnelle permettant d'accompagner le décideur lors de la reconfiguration d'une ligne de transfert ou d'assemblage. Ce problème apparaît lorsqu'un nouveau produit doit être fabriqué par une ligne existante ou lorsqu'il y a eu des changements dans les caractéristiques du produit. Par conséquent, il devient nécessaire de modifier la configuration du système de production tout en minimisant les coûts induits. Ces coûts sont évalués différemment pour les systèmes automatisésou manuels. Dans le premier cas, qui correspond au cas des lignes de transfert, pour limiter les investissements, il est souhaitable de réutiliser au maximum les équipements existants à condition que les contraintes techniques et technologiques soient respectées. Dans le cas des lignes manuelles qui sont représentées dans notre étude par les lignes d'assemblage, l'objectif est de minimiser les coûts liés à l'apprentissage des opérateurs causés par la réaffectation de leurs tâches.Les méthodes de résolution exactes basées sur la modélisation mathématique et la programmation linéaire en nombre mixtes ainsi qu'une méthode de type goal programming sont développées dans ce travail pour argumenter la prise de décisions lors de la reconfiguration des lignes de production. Les méthodes proposées ont été testées avec succès sur des échantillons de problèmes proches des cas industriels et ont montré leur efficacité. / Global competition causes fluctuations in product demand and requires more frequent modifications of product characteristics. As a consequence, the production systems have to be frequently adapted to new production requirements.This work develops new combinatorial optimization methods for supporting decision makers at the reconfiguration stage considered for transfer and assembly lines. If new products have to be manufactured at the line or existing products are modified, then the line has to be reconfigured in order to meet new production requirements. In highly automated lines, as the transfer lines, the reconfiguration problem is focused on the readjustment of the equipment. To reduce the investment costs, the decision makers aim to reuse the available equipment as much as possible. The existence of compatibility constraints between new operations to be performed and existing facilities makes the reconfiguration problem hard and combinatorial.In manual assembly lines also studied in this thesis, the reconfiguration problem mostly concerns the reassignment of tasks to workers ant the minimization of the cost of retraining operators.The developed methods are based on the mathematical modelling and mixed integer programming, a goal programming approach is designed as well. These methods were successfully tested on a dataset of problem instances close to real industrial problems. The obtained results show the effectiveness and the efficiency of the solution methods proposed.

Durant les dernières décennies, des réseaux de logistiques inverses ont été lancésdans plusieurs pays industrialisés dans l’objectif de préserver l’environnement. La mise enplace et la gestion de cette logistique concernent les différents niveaux, stratégique, tactique etopérationnel existants dans le cadre de la logistique directe pour tout système de productionde biens industriels. Pour améliorer ce type de réseau, la modélisation et la simulation sontdes outils efficaces. Après avoir présenté un état de l’art de ce domaine, notre étude sefocalise sur la planification de certains sous-ensembles (appelés maillons) de cette chaineinverse (i.e. collecte-tri, désassemblage) au niveau tactique, c'est-à-dire à moyen terme. Lebut de ce travail est donc de proposer un modèle générique en programmation linéaire dans uncontexte multi-produit et multi-période, qui cherche à maximiser le profit total du maillonétudié et qui prend en compte l’incertitude sur la qualité des produits traités. Le modèlelinéaire en nombres entiers (déterministe, stochastique et évaluation stochastique) est ainsiformulé autour d’un profit contraint par les capacités du maillon, l’évolution des stocksentrants et sortants et la livraison des produits traités aux clients, avec une politique delivraison sans déclassement ou avec déclassement des produits. / During the last decades, reverse logistics networks have been launched in severalindustrialized countries with the aim of preserving the environment. The implementation andmanagement of the reverse logistics concerns the different levels (strategic, tactical andoperational) existing in the framework of forward logistics for any production system. Toimprove this type of network, modeling and simulation are effective tools. After presenting astate of the art in this domain, our study focuses on the planning of two sub-systems of thereverse logistics chain (i.e. collection-sorting and disassembly) on the tactical level that is tosay the medium term. The aim of this work is to propose a generic model by linearprogramming in a multi-product and multi-period context, which searches for maximizingthe total profit of the sub-system studied, taking into account the uncertainty of the productssupplied. The integer linear model (deterministic, stochastic and stochastic assessment) is thusformulated around a profit constrained by the sub-system capacity, the evolution of incomingand outgoing inventory and the delivery of products to customers: a delivery policyauthorizing the quality degrading of products or not.

Dans cette thèse, nous nous intéressons à la résolution exacte de programmes linéaires en variables binaires. L'ensemble de nos travaux s'articule autour de l'étude de Resolution search (Chvátal (1997)) pour la résolution du problème du sac à dos multidimensionnel en 0-1. Dans un premier temps, nous proposons un algorithme d'énumération implicite centré sur une analyse des coûts réduits à l'optimum de la relaxation continue ainsi que sur une décomposition de l'espace de recherche en hyperplans. Nous proposons une stratégie de branchement originale visant à élaguer au plus tôt l'arbre de recherche. Cette stratégie est efficace pour résoudre des instances jugées difficiles mais rend l'algorithme dépendant de la connaissance d'une bonne solution de départ. Dans un deuxième temps, nous proposons une méthode de résolution plus autonome combinant Resolution search avec une énumération implicite inspirée du premier algorithme. Cette coopération permet d'obtenir rapidement de bonnes solutions et prouve les optimums d'instances de plus grande taille. Finalement, nous présentons une application de Resolution Search à la résolution d'un problème de planification dans le domaine des télécommunications.

Dans cette thèse, nous nous intéressons aux problèmes d'optimisation dans les réseaux de télécommunication. Un premier objectif consiste à identifier les problèmes spécifiques aux réseaux optiques et satellitaires, et à présenter des contributions pour l'optimisation des ressources de ces réseaux. Le second objectif est de présenter une contribution logicielle pour la conception et l'optimisation de réseaux.<br /><br />La première partie débute par la présentation des réseaux optiques WDM. Nous abordons ensuite les modèles pour les réseaux optiques et satellitaires et proposons des méthodes algorithmiques nouvelles pour optimiser l'allocation des ressources de ces réseaux. Nous traitons ainsi le problème du routage, du groupage et de la protection des réseaux WDM successivement dans trois chapitres puis nous nous intéressons à un algorithme dédié à l'allocation de fréquences dans les réseaux satellitaires. Enfin, pour chaque problème, nous présentons des résultats expérimentaux sur des instances de réseaux réels.<br /><br />La deuxième partie de cette thèse présente les développements logiciels qui ont été entrepris. Le premier chapitre présente le logiciel Porto dédié à la résolution de problèmes de routage, groupage et protection dans des réseaux optiques utilisant trois niveaux de brassage. Dans un second chapitre nous présentons le logiciel Mascopt, une bibliothèque d'optimisation pour le domaine des graphes et des réseaux qui a servi notamment à réaliser les expérimentations présentées dans la première partie.