Dans le contexte actuel de globalisation des marchés, le processus classique de conception par essais et erreurs n'est plus capable de répondre aux exigences de plus en plus accrues en termes de délais très courts, réduction des coûts de production, etc. L'outil d'optimisation propose une réponse à ces questions, en accompagnant les ingénieurs dans la tâche de conception optimale.L'objectif de cette thèse est centré sur la conception optimale des systèmes complexes. Deux approches sont abordées dans ce travail: l'optimisation par modèles de substitution et la conception optimale basée sur la décomposition des systèmes complexes.L'utilisation de la conception assistée par ordinateur (CAO) est devenue une pratique régulière dans l'industrie. La démarche d'optimisation basée sur modèles de substitution est destinée à répondre à l'optimisation des dispositifs bénéficiant d'une telle modélisation précise, mais couteuse en temps de calcul.Les chaînes de traction ferroviaire sont trop complexes pour être traités comme un tout. La décomposition de ces systèmes s'impose en vue de simplifier le problème et de repartir la charge de calcul. Des stratégies appropries à la résolution de telles structures ont été analysées dans ce travail. Ces approches permettent à chaque équipe de spécialistes de travailler de façon autonome à l'objet de leur expertise.Les approches d'optimisation développées au sein de ce travail ont été appliquées pour résoudre plusieurs problèmes d'optimisation électromagnétiques, ainsi que la conception optimale d'un système de traction ferroviaire de la Société Alstom

Les trois principales parties qui composent ce dossier de synthèse HDR présentent, dans un premier temps, le contexte encadrant ces recherches et précisent les différents thèmes scientifiques abordés au cours de celles-ci, puis détaillent mes activités de publications, de communications, d'enseignement, d'administration de la recherche et enfin d'encadrement. Dans une seconde partie, ce mémoire aborde certains aboutissements de mes recherches, ici certaines contributions scientifiques que j'ai proposées, développant les méthodes d'estimation d'évènements rares dans les systèmes complexes. Enfin, un choix représentatif de cinq publications dont je suis co-auteur est proposé en conclusion de ce mémoire.

Ce mémoire présente une synthèse de mes activités de recherche depuis mon doctorat. Ces travaux sont organisés en trois parties distinctes. Les deux premières parties ont pour point commun l'inférence statistique de quelques processus stochastiques. Les processus centraux en question sont respectivement le mouvement Brownien fractionnaire (et quelques unes de ses extensions) et les processus ponctuels spatiaux de Gibbs. Comme, nous le verrons par la suite, bien que ces processus soient de nature très diff érente, ils s'inscrivent dans la modélisation de données dépendantes qu'elles soient temporelles ou spatiales. Nos travaux ont pour objectifs communs d'établir des propriétés asymptotiques de méthodes d'estimation ou de méthodes de validation, classiques ou originales. Par ailleurs, une autre similitude est la mise en perspective de ces processus avec des applications faisant intervenir des systèmes complexes (modélisation de signaux issus d'Imagerie par Résonance Magnétique Fonctionnelle et modélisation de taches solaires). La troisième partie, quant à elle, regroupe des thèmes satellites regroupés sous la dénomination contributions à la statistique appliquée.

Les processus morphogénétiques sont les processus qui sous-tendent l'émergence de la forme. Leur étude consiste à décrire, comprendre et expliquer comment les formes apparaissent et évoluent. Pour cela, une approche computationnelle basée sur la simulation numérique, c'est à dire sur la réalisation d'expérience in silico a été utilisée et appliquée à deux cas morphogénétiques en particulier. Le premier cas a concerné la motilité cellulaire, c'est à dire l'étude des mécanismes à l'origine des mouvements et de la forme de la cellule. Une plateforme de modélisation hybride a pour cela été développée. Elle couple un modèle continu des déformations membranaires qui résultent de la dynamique spatio-temporelle de l'actine à un modèle discret de type automate cellulaire pour rendre compte de la nature discrète des adhésions et des fibres du cytosquelette de la cellule. Plusieurs situations expérimentales ont été considérées de la migration de la cellule aux formes cellulaires observées sur des substrats patternés (c'est à dire qui présentent des motifs adhésifs contrôlés) et ont permis de développer progressivement les différents éléments de la plateforme. Le second cas morphogénétique considéré a concerné la croissance vasculaire à travers différentes approches. Une approche expérimentale a eu pour but de mettre en évidence l'impact de la rigidité du substrat sur la formation de cordons vasculaires in vitro. La seconde approche a porté sur le développement d'un modèle computationnel hybride pour rendre compte de la croissance vasculaire dans le contexte de l'angiogenèse tumorale. Le modèle hybride couple une formulation continue pour d écrire les processus de diffusion des différentes espèces moléculaires impliquées (tels que les facteurs de croissance ou l'oxygène) à une formulation discrète pour d écrire la migration individuelle des cellules endothéliales formant les vaisseaux. La structure modulaire du modèle computationnel a de plus permis d'int égrer les mécanismes d'adaptation du diamètre des vaisseaux qui résultent des contraintes hémodynamiques c'est à dire liées au flux sanguin. La plateforme computationnelle a été développée par la suite pour intégrer un module de croissance tumorale et un module sur les moyens d'actions thérapeutiques, dans le cadre du projet CATS pour Computer-Assisted Therapeutic Strategy. L'ambition de ce projet en cours de développement, est de mettre au point une tumeur virtuelle destinée à tester et à optimiser de nouveaux protocoles thérapeutiques.

La conception d'un système électrique est une tâche très complexe qui relève d’expertises dans différents domaines de compétence. Dans un contexte compétitif où l’avance technologique est un facteur déterminant, l’industrie cherche à réduire les temps d'étude et à fiabiliser les solutions trouvées par une approche méthodologique rigoureuse fournissant une solution optimale systémique.Il est alors nécessaire de construire des modèles et de mettre au point des méthodes d'optimisation compatibles avec ces préoccupations. En effet, l’optimisation unitaire de sous-systèmes sans prendre en compte les interactions ne permet pas d'obtenir un système optimal. Plus le système est complexe plus le travail est difficile et le temps de développement est important car il est difficile pour le concepteur d'appréhender le système dans toute sa globalité. Il est donc nécessaire d'intégrer la conception des composants dans une démarche systémique et globale qui prenne en compte à la fois les spécificités d’un composant et ses relations avec le système qui l’emploie.Analytical Target Cascading est une méthode d'optimisation multi niveaux de systèmes complexes. Cette approche hiérarchique consiste à décomposer un système complexe en sous-systèmes, jusqu’au niveau composant dont la conception relève d’algorithmes d'optimisation classiques. La solution optimale est alors trouvée par une technique de coordination qui assure la cohérence de tous les sous-systèmes. Une première partie est consacrée à l'optimisation de composants électriques. L'optimisation multi niveaux de systèmes complexes est étudiée dans la deuxième partie où une chaîne de traction électrique est choisie comme exemple / The design of an electrical system is a very complex task which needs experts from various fields of competence. In a competitive environment, where technological advance is a key factor, industry seeks to reduce study time and to make solutions reliable by way of a rigorous methodology providing a systemic solution.Then, it is necessary to build models and to develop optimization methods which are suitable with these concerns. Indeed, the optimization of sub-systems without taking into account the interaction does not allow to achieve an optimal system. More complex the system is more the work is difficult and the development time is important because it is difficult for the designer to understand and deal with the system in its complexity. Therefore, it is necessary to integrate the design components in a systemic and holistic approach to take into account, in the same time, the characteristics of a component and its relationship with the system it belongs to.Analytical Target Cascading is a multi-level optimization method for handling complex systems. This hierarchical approach consists on the breaking-down of a complex system into sub-systems, and component where their optimal design is ensured by way of classical optimization algorithms. The optimal solution of the system must be composed of the component's solutions. Then a coordination strategy is needed to ensure consistency of all sub-systems. First, the studied and proposed optimization algorithms are tested and compared on the optimization of electrical components. The second part focuses on the multi-level optimization of complex systems. The optimization of railway traction system is taken as a test case

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Dans un contexte industriel qui évolue rapidement et constamment, les constructeurs automobiles sont amenés à développer des produits qui soient en adéquation avec des demandes d'un marché international et qui respectent en même temps les contraintes réglementaires imposées. Les systèmes de chaine de transmission hybrides rentrent donc dans cette volonté des constructeurs à vouloir proposer des produits véhicules performants, à faible coût et respectant les contraintes d'émission de gaz polluants. A travers le travail effectué dans cette thèse, nous proposons une démarche de conception permettant de modéliser un système technique complexe à différents niveaux systémiques au cours du cycle de conception, de l'optimiser localement à partir des expertises métiers, de modéliser les connaissances collaboratives qui sont échangées entre les modèles métiers et d'optimiser l'espace de conception afin de converger vers une solution de conception optimale dans un contexte d'innovation ou nous partons de la feuille blanche.L'objectif de ce travail est de proposer une nouvelle façon d'aborder les problèmes de conception des systèmes complexes, qui s'adapte au contexte de conception innovante tout comme la conception routinière. Ceci afin de permettre aux entreprises telles que PSA Peugeot Citroën de pouvoir proposer des produits avec des technologies à forte rupture tout en réduisant leurs coûts et garantir leurs images de marque. Ce travail a été illustré et validé à travers les résultats obtenus dans le cadre du projet de conception de chaine de transmission hybride MTI effectué au département d'innovation de PSA Peugeot Citroën. / In an industrial context that is continuously evolving and changing, automotive constructors find themselves obliged to develop their products by taking into account the requirements of an international market and the imposed regulations in this field. Hybrid powertrain systems fits into this constructor will to propose to customers efficient products that respects the regulation regarding gas emissions and presents a profitable low cost. Through the work done in this PhD, we propose a design approach that allow the modeling of a complex technical system in its different systemic levels during the design process, the local optimization done from professional expertise, the modeling of collaborative data exchanged between expert models and the optimization of the design space in order to converge towards an optimal design solution in innovative context.The aim of our work is to propose a new way of dealing with design problems related to complex systems that can be adapted to an innovative design context. This will allow companies such as PSA Peugeot Citroen to be able to diversify their products and integrated even the latest technology in it. This work has been illustrated and validated through the results obtained on the MTI project for the design of hybrid powertrain.

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Comment le droit international peut-il règlementer des phénomènes complexes ? Cette question se pose avec une acuité particulière en ce qui concerne la déforestation tropicale. En effet, les difficultés techniques et les intérêts divergents des États, découlant de l’interaction des multiples services assurés par les forêts, ont empêché l’adoption d’une convention internationale en ce domaine. Néanmoins, les négociations menées au sein du régime international du climat ont créé un mécanisme dit de « réduction des émissions résultant du déboisement et de la dégradation des forêts et le rôle de la conservation et de la gestion durable des forêts et du renforcement des stocks de carbone forestiers dans les pays en développement » (REDD+). Défini par un ensemble de décisions de la Conférence des parties à la convention-cadre des Nations-Unies sur les changements climatiques, il a déjà permis d’initier, sur le territoire des pays en développement, une amélioration substantielle du contrôle des ressources forestières et des réformes règlementaires et institutionnelles de grande ampleur. Notre étude se propose d’évaluer les spécificités du système normatif mis en place sur la REDD+. Elle a pour objet, en dépassant l’apparente faiblesse formelle des instruments juridiques sur lesquels il repose, de mettre en évidence sa portée normative. Elle révèle l’aptitude du droit international à règlementer des phénomènes complexes en donnant naissance à des systèmes juridiques adaptatifs. Elle démontre que la spécificité de tels systèmes normatifs réside dans la satisfaction de deux exigences opposées : la flexibilité et la sécurité juridique / How International law can regulate complex phenomenon? This question appears particularly relevant if we consider tropical deforestation. Technical issues and the opposite interests of States, stemming from interlinked services provided by forest, had prevented International community to adopt a convention on forests. Nevertheless, climate regime has recently created a so-called mechanism on « reducing emissions from deforestation and forest degradation in developing countries and the role of conservation and sustainable management of forests and enhancement of forest carbon stocks in developing countries » (REDD+). The normative framework laid down in decisions of the Conference of the parties has stimulated control improvement on forest resources and wide-ranging reform in developing countries. The study will evaluate the specificities of this normative system by going further its apparent normative weakness. It will expose how International law manage to regulate complex phenomenon by producing adaptive legal system. The study will demonstrate that the specific feature of this system lies in its ability to conciliate two opposite needs: flexibility and legal security

Durant cette thèse, nous nous sommes intéressés aux outils permettant d'extraire les propriétés structurelles et temporelles de réseaux dynamiques ainsi que les caractéristiques de certains scénarios de diffusion pouvant s'opérer sur ces réseaux. Nous avons travaillé sur un jeu de données spécifiques, issu du projet MOSAR, qui comporte entre autre le réseau de proximité des personnes au cours du temps durant 6 mois à l'hôpital de Berk-sur-mer. Ce réseau est particulier dans le sens où il est constitué de trois dimensions: temporelle, structurelle par la répartition des personnes en services et fonctionnelle car chaque personne appartient à une catégorie socio-professionnelle. Pour chacune des dimensions, nous avons utilisé des outils existants en physique statistique ainsi qu'en théorie des graphes pour extraire des informations permettant de décrire certaines propriétés du réseau. Cela nous a permis de souligner le caractère très structuré de la répartition des contacts qui suit la répartition en services et mis en évidence les accointances entre certaines catégories professionnelles. Concernant la partie temporelle, nous avons mis en avant l'évolution périodique circadienne et hebdomadaire ainsi que les différences fondamentales entre l'évolution des interactions des patients et celle des personnels. Nous avons aussi présenté des outils permettant de comparer l'activité entre deux périodes données et de quantifier la similarité de ces périodes. Nous avons ensuite utilisé la technique de simulation pour extraire des propriétés de diffusion de ce réseau afin de donner quelques indices pour établir une politique de prévention. / In this thesis, we focus on tools whose aim is to extract structural and temporal properties of dynamic networks as well as diffusion characteristics which can occur on these networks. We work on specific data, from the European MOSAR project, including the network of individuals proximity from time to time during 6 months at the Brek-sur-Mer Hospital. The studied network is notable because of its three dimensions constitution : the structural one induced by the distribution of individuals into distinct services, the functional dimension due to the partition of individual into groups of socio-professional categories and the temporal dimension.For each dimension, we used tools well known from the areas of statistical physics as well as graphs theory in order to extract information which enable to describe the network properties. These methods underline the specific structure of the contacts distribution which follows the individuals distribution into services. We also highlight strong links within specific socio-professional categories. Regarding the temporal part, we extract circadian and weekly patterns and quantify the similarities of these activities. We also notice distinct behaviour within patients and staff evolution. In addition, we present tools to compare the network activity within two given periods. To finish, we use simulations techniques to extract diffusion properties of the network to find some clues in order to establish a prevention policy.