Une nouvelle technique pour étudier le trafic routier, est la détection des véhicules par un réseau de capteurs sans fil installés dans la chaussée. Cette technologie se distingue de la plupart des systèmes classiques de détection de véhicules par son faible coût, son niveau élevé de flexibilité dans la configuration, sa multifonctionnalité par l'ajout d'autres modalités de détection et sa capacité à transmettre les informations via un réseau sans fil. Cependant, quand un capteur sans fil effectue l'acquisition du signal de champ magnétique terrestre dans l'optique de détecter le passage des véhicules, il l'échantillonne à une certaine fréquence, afin de ne pas rater le passage d'un véhicule. Lorsque la séquence de mesure dure plusieurs heures et qu'on a des dizaines ou des centaines de capteurs sans fil installés dans la chaussée, on se retrouve rapidement avec des données à stocker et à traiter qui peuvent être de taille importante. En outre, les communications sans fil de ces données sont très coûteuses en énergie et réduisent ainsi la durée de vie du capteur sans fil qui dispose des ressources limitées en énergie. Le compressive sensing (échantillonnage compressif), nouvelle méthode d'échantillonnage des signaux, tente justement de donner des solutions à ces problèmes, en réduisant significativement le nombre de mesures nécessaires et en utilisant par la suite des algorithmes d'optimisation convexe pour reconstruire tout le signal sans trop de perte perceptuel [i.e. perceptuelle]. À travers des simulations effectuées sur des signaux enregistrés par les capteurs sans fil de la compagnie allemande Coalesenses , nous montrons dans ce projet de recherche que l'échantillonnage compressif peut contribuer à maximiser considérablement la durée de vie d'un réseau de capteurs sans fil.

La Maurienne est soumise à un trafic routier et autoroutier intense qui traverse les Alpes par le tunnel du Fréjus. La pollution atmosphérique associée a été étudiée, au niveau local, à l’aide d’un maillage reposant sur deux approches complémentaires, biologique et chimique. Les propriétés de rétention des particules des aiguilles de Pinus sylvestris, Pinus nigra et Picea abies ont été utilisées pour réaliser un suivi spatio-temporel des émissions. Les dépôts ont été analysés par microscopie électronique à balayage couplée à la spectrométrie de rayons X. L’analyse a porté sur le Phosphore et les traceurs de pollution routière (Al, Ti, Fe). Il a pu être montré que les distances de dispersion particulaires dépassaient 300 m pour les axes routiers et plusieurs kilomètres pour le Phosphore. La pollution primaire azotée émise par les véhicules en circulation a été étudiée avec Molinia caerulea, poacée bioaccumulateur nitrophile. Sa capacité de croissance et d’accumulation de l’azote est liée aux émissions et à la densité du trafic. De plus, la composition isotopique de la Molinie (d15N) dépendant des oxydes d’azote véhiculaires permet d’envisager son utilisation comme bioindicateur. Ces données permettent de mieux comprendre l’impact potentiel du trafic sur les écosystèmes à proximité des grands axes de circulation. L’étude des niveaux et de la répartition de l’ozone troposphérique en vallée de Maurienne a été étudiée en 2004 et 2005 selon des méthodes biologiques et chimiques. Les résultats confirment l’efficacité du matériel biologique (tabac Bel-W3) et des capteurs chimiques dans la détermination des niveaux d'ozone aux basses altitudes. En revanche, une perte de sensibilité a été identifiée dans les conditions spécifiques de montagne qui limitent son utilisation au-dessus de 1000m. Ce travail, à travers différentes approches de la biosurveillance et un maillage dense de stations d’avoir une image réaliste de la pollution atmosphérique dans une vallée de montagne et de ses impacts potentiels sur les écosystèmes forestiers. / The Maurienne is subjected to a heavy traffic of lories and cars crossing the Alps through the Frejus tunnel. Atmospheric pollution depending on traffic has been studied using a dense net of biological and chemical sensors. The adhesive properties of plant cuticles of Pinus sylvestris, Pinus nigra and Picea abies were used for spatio-temporal analyses of emitted particles. Elementary composition of deposits was determined using SEM and Xray spectrometry. Analyses were focused on P and traffic tracers (Al, Ti, Fe). Results show that traffic particles can be transported as far as 300 m from the roads and highways while Phosphorus was detected at some kilometers from the factory. The poaceae Molinia caerulea was used for nitrogen pollution study. Leaf growth and nitrogen content were related to NOx levels and traffic density. Moreover, nitrogen isotopic composition (d15N) of leaves depend on exposure to traffic related nitrogen oxides. Taken altogether, results show that Molinia can be used as a nitrogen bioindicator and give information on the potential impact on mountain ecosystems in the vicinity of main roads and motorways. Both biological (tobacco Bel-W3) and chemical methods were used for determination of levels and distribution of tropospheric ozone in the Maurienne valley in 2004 and 2005. Results confirm the usefulness of both biological and chemical approachs for ozone levels determination at low altitudes. However, a sensitivity loss of ozone sensitive tobacco plants in hard mountainous conditions was characterized, limiting its use under 1000 m. This approach by the simultaneous use of several techniques and a dense network of stations give a realistic picture of the atmospheric pollution in a mountain valley and its potential impacts on forest ecosystems.

Le trafic routier mécanisé, automobiles et poids lourds confondus, connaît une croissance continue, et avec lui les nuisances qu'il génère : occupation de l'espace et éviction d'autres activités ou d'autres types de mobilité, insécurité, congestion ainsi que nuisances sonores et émissions de polluants atmosphériques. Entre 1980 et 1994, le trafic routier a augmenté de moitié sur le réseau français, passant de 320 à 487 milliards de véhicules x kilomètres en 15 ans. La part urbaine de ce trafic a évolué de manière identique, représentant 27 à 28% du total.<br />L'objectif de cette thèse est de mieux se rendre compte d'une part du poids relatifs des émissions polluantes et sonores du trafic routier sur l'environnement et le cadre de vie urbain, d'autre part du poids relatif des caractéristiques du trafic routier dans ses émissions (niveau global du trafic, conditions générales de circulation, caractéristiques technologiques des véhicules).<br />D'un point de vue méthodologique, deux démarches ont été privilégiées. D'une part une réflexion générale a permis de mieux situer le contexte économique et social, mais aussi technique et scientifique dans lequel le travail s'inscrit. Un premier bilan statique permet ainsi de donner une idée des enjeux actuels liés aux émissions polluantes et sonores du trafic routier en milieu urbain. Chacun des 3 facteurs considérés comme affectant les émissions du trafic (Cf. ci-dessus) a également fait l'objet de ce type d'investigation. D'autre part un outil spécifique a du être développé pour mettre en évidence les liens existants entre les paramètres descriptifs du trafic et ses émissions polluantes et sonores. Nous avons utilisé un modèle d'affectation du trafic appliqué à l'agglomération lyonnaise en 1990, 1994, 2000 et 2010. Les résultats d'affectation obtenus ont permis d'établir des indicateurs de niveaux de pollution liée à la route, compte tenu d'hypothèses sur les relations entre les conditions de circulation et les émissions ainsi que sur la composition du trafic.

L'objectif de cette thèse est la modélisation et la commande du trafic. Je considère des modèles microscopiques du trafic pour dériver des relations entre des variables macroscopiques du trafic. Plus précisément, il s'agit de dériver le diagramme fondamental du trafic 2D, qui donne la relation entre la densité et le flot des véhicules. Ce diagramme est utilisé, par exemple, pour déterminer la densité des véhicules qui maximise le flot. Cette information peut aussi être utilisée pour la commande du trafic 2D. Les modèles mathématiques sont basés sur la commande optimale déterministe ou stochastique.<br /><br />La première partie de la thèse est sur le trafic 1D. Il s'agit de généraliser un modèle déterministe de trafic basé sur l'algèbre minplus, qui donne le diagramme fondamental du trafic sur une route. La généralisation permet de réaliser une large classe de diagrammes fondamentaux.<br /><br />Dans la deuxième partie, j'étudie les systèmes dynamiques additivement homogènes de degré 1. En effet, tous les systèmes dynamiques donnés dans ce travail sont additivement homogènes de degré 1. Je m'intéresse dans cette partie à l'existence et à l'unicité de taux de croissance et de valeurs propres additives associées à ces systèmes. Je parts du cas général où zéro, un ou plus de taux de croissance et de valeurs propres peuvent exister, et où des comportement chaotiques peuvent apparaître. Je rappelle les résultats existants dans le cas où on suppose que le systèmes dynamique est, en plus, monotone, et dans le cas ou il est aussi convexe. A la fin de cette partie, je caractérise une classe de systèmes dynamiques additivement homogène de degré 1, non nécessairement monotone, mais dont le comportement asymptotique peut être décrit.<br /><br />La troisième partie consiste à généraliser un modèle de trafic 1D basé sur les réseaux de Petri et l'algèbre minplus, dans le but de modéliser des intersections, et puis dériver le diagramme fondamental du trafic 2D. Une intersection peut être gérée de plusieurs façons, et peut être considérée avec ou sans possibilité de tourner (pour les véhicules). Plusieurs modèles tenant en compte ses hypothèses sont donnés dans cette partie.<br /><br />Le modèle le plus exploré ici est celui de deux routes circulaires avec une intersection gérée par la priorité à droite, et avec possibilité de tourner. Dans ce cas, et sous certaines conditions, le problème de valeur propre additive associé au système dynamique peut être résolu. Le taux de croissance du système dynamique, qui correspond au flot moyen des véhicules est obtenu numériquement. En comparant la valeur propre obtenue théoriquement et le flot moyen donné numériquement, j'ai conclus que les deux quantités, qui sont données en fonction de la densité des véhicules, sont très proches, et sont égales en plusieurs valeurs de la densité. Ainsi, la valeur propre représente une bonne approximation du diagramme fondamental du trafic 2D.<br /><br />D'autres approches de gestion d'intersections consiste à les commander moyennant des feux de signalisation. Une évaluation de la commande de l'intersection peut se baser sur le diagramme fondamental obtenue pour chacune des approches considérées. Une comparaison des différentes approches est donnée. <br /><br />Dans la quatrième partie j'ai développé un code en Scilab qui facilite la construction informatique de grands réseaux de trafic routier. Il s'agit de définir des systèmes élémentaires et des opérateurs sur l'ensemble de ces systèmes, et puis de combiner des systèmes basique pour construire de grands systèmes.<br /><br />La dernière partie est sur la commande du trafic à deux modes: trafic des véhicules particulier, et trafic des véhicules de transport en commun. L'idée est de déterminer un plan de feux de signalisation qui favorise le trafic des véhicules de transport en commun.

Tout phénomène, qu'il soit biologique, géologique ou mécanique peut être décrit à l'aide de lois de la physique en termes d'équations différentielles, algébriques ou intégrales, mettant en relation différentes variables physiques. Les objectifs de la thèse sont de montrer comment les systèmes à paramètres distribués peuvent être modélisés par un modèle bond graph, qui est par nature un modèle à paramètres localisés. Deux approches sont possibles : - utiliser une technique d'approximation qui discrétise le modèle initialement sous forme d'équations aux dérivées partielles (EDP) dans le domaine spatial, en supposant que les phénomènes physiques distribués peuvent être considérés comme homogènes dans certaines parties de l'espace, donc localisés. - déterminer la solution des EDP qui dépend du temps et de l'espace, puis à approximer cette solution avec différents outils numériques. Le premier chapitre rappelle quelques méthodes classiques utilisées pour l'approximation des EDP et les modèles bond graphs correspondants.Dans le deuxième chapitre, l'approche port-Hamiltonienne est présentée et son extension aux systèmes à paramètres distribués est proposée. Dans le troisième chapitre, les principaux modèles utilisés pour la représentation des flux de trafic routier sont rappelés et mis en œuvre en simulation. Ceci conduit à des comparaisons, d'une part entre différentes méthodes de résolution numérique et d'autre part entre différents modèles. Dans le quatrième chapitre, une approche originale propose d'étendre la représentation bond graph issue de la méthodologie Computational Fluid Dynamics au flux de trafic, en utilisant un modèle EDP à deux équations proposé par Jiang

Cette thèse porte sur les modèles d'affectation dynamique du trafic et l'équilibre offre-demande du trafic, afin d'en évaluer la capacité opérationnelle et d'en développer certains aspects. L'analyse porte essentiellement sur le modèle LADTA de Leurent (2003), dont les hypothèses physiques et économiques sont proches de l'affectation statique tout en ajoutant la dimension chronologique et un traitement par file d'attente de la congestion sur les arcs du réseau de transport. Nous reprenons la formulation analytique de ce modèle dans une expression abstraite qui est générique pour l'affectation dynamique, ce qui nous permet d'élaborer des approches algorithmiques variées en termes de formulation mathématique et de variables endogènes basiques. Nous discutons des algorithmes d'équilibrage et proposons un algorithme hybride qui traite conjointement des volumes et des temps par arcs. Nous donnons une analyse formalisée du mesurage de convergence, et nous élaborons des critères de convergence rigoureux et parcimonieux. Le modèle dans une version simplifiée, les algorithmes d'équilibrage et les critères de convergence ont été programmés dans un prototype, et expérimentés sur des cas d'école, afin d'établir le comportement des algorithmes et des critères, et de procéder à des réglages pour certains paramètres.

Ce mémoire présente une partie de mon activité de recherche postérieure à la thèse, soutenue en 2000. Plus particulièrement, je décris ici les résultats obtenus à partir de 2004, en tant que Maître de Conférences à l'Institut des Sciences de l'Ingénieur de Toulon et du Var et membre de l'actuel Institut de mathématiques de Toulon et du Var.

Dans le domaine de la modélisation du trafic routier, des améliorations sont nécessaires afin de permettre de simuler des situations accidentogènes. La grande majorité des modèles microscopiques actuels à base d'agents pour la simulation de trafic concerne l'activité décisionnelle du conducteur. Or, l'activité de perception est un préalable important à la décision. Notre objectif est donc de proposer de nouvelles solutions pour la modélisation agent de la perception du conducteur humain. La proposition comprend une double activité de perception (passive et active), couplée à une limitation quantitative des percepts (limite de la mémorisation à court-terme). Le modèle a été implémenté et testé dans le contexte d'un carrefour pour lequel nous possédons un ensemble de données d'observation. Les résultats obtenus confirment l'intérêt du modèle pour simuler des comportements proches des comportements observés et des variations inter-individuelles dans la population de conducteurs.

La hausse du taux d'occupation des routes rend nécessaire l'utilisation de dispositifs visant à surveiller et analyser la circulation des utilisateurs du réseau routier. Bien souvent, des réseaux de surveillance par caméras sont déjà en place sur les routes. L'information visuelle est donc déjà disponible, mais est peu utilisée pour l'analyse automatisée du trafic. L'objectif de ce travail est de mettre au point une méthode automatisée basée sur l'information visuelle multirésolution permettant d'évaluer la fluidité de la circulation à plusieurs niveaux de précision. En effet, si une analyse manuelle de l'information visuelle peut permettre de dégager certaines tendances sur l'état du trafic routier, une approche automatisée permettra d'évaluer plus précisément plusieurs données sur le mouvement des véhicules. En tout temps, le déplacement moyen dans la scène sera évalué, afin d'obtenir un indice de fluidité global. Tant que la circulation demeure fluide, il n'est pas nécessaire d'estimer la vitesse du trafic avec plus de précision. Toutefois, si cet indice descend sous un certain seuil, l'analyse sera raffinée pour fournir le déplacement moyen par direction, en utilisant une résolution deux fois supérieure à la précédente. Finalement, à partir des images à pleine résolution, il sera possible d'obtenir une mesure du déplacement de chaque véhicule.

Le Temps Inter-véhiculaire (TIV) est une variable microscopique fondamentale dans la théorie du trafic, et a été étudié depuis le début du développement de cette théorie, vers 1930. La distribution de probabilité du TIV décrit la répartition des arrivées des véhicules en un point donné et reflète dans une certaine mesure le comportement de conduite. Beaucoup d'applications en ingénierie du trafic viennent de la connaissance fine de cette variable. La thèse a pour but d'approfondir cette connaissance en modélisant la distribution du TIV dans différents contextes selon différents points de vue. Tout d'abord, deux méthodes d'échantillonnage, la méthode de groupement et la méthode de raffinement sont considérées. L'application numérique concerne deux bases de données, celle de la route nationale RN118 et celle de l'autoroute A6. Ensuite, trois types de modèles probabilistes sont analysés et classifiés. Une comparaison exhaustive des modèles et des méthodes d'estimation est réalisée ce qui conduit à considérer que le modèle gamma-GQM est supérieur aux autres modèles en matière de performance statistique et en efficacité de calcul. Une procédure d'estimation est proposée qui favorise la stabilité des paramètres estimés. Six nouveaux modèles de TIV sont proposés, calibrés, analysés. Mis à part deux modèles de performance inférieure aux autres et au modèle gamma-GQM, quatre modèles sont équivalents voire meilleurs que le modèle gamma-GQM. Pour une raison pratique, le modèle Double Gamma est choisi à côté du modèle gamma-GQM, comme modèle de comparaison, dans toute la modélisation des TIV. Le calibrage des modèles et l'analyse des paramètres des modèles sont menés, à partir des données réelles, en considérant trois dimensions d'étude du trafic : les échelles macroscopique, mésoscopique et microscopique. Une quatrième dimension d'étude des TIV est constituée des facteurs exogènes au trafic. La prise en compte de ces facteurs exogènes, à chaque échelle macroscopique entraîne la distinction de deux types de facteur exogène : 'empêchant' et 'impulsif'. Finalement, différentes approches de validation sont testées. L'approche proposée par 'enveloppe des distributions' semble prometteuse pour le futur.