Résumé : / Abstract :

Cette thèse est une illustration de problèmes de Recherche Opérationnelle abordés dans le contexte hospitalier du CHRU de Tours. La problématique considérée relève des transports et plus exactement de tournées de véhicules. Cette thèse s'articule autour de l'étude de deux principaux problèmes : le transport de flux de produits et le transport de flux de patients. Le premier problème de tournées de véhicules concerne toute la gestion des différents types de flux logistiques (logistique hôtelière, pharmacie, lingerie,plateaux repas, etc.) à livrer ou à collecter dans les services de soins de chaque hôpital du CHRU de Tours. Le deuxième problème concerne les transports de patients aussi bien urgents (SAMU) que planifiés (Centrale des ambulanciers). Pour résoudre ces problèmes, plusieurs méthodes s'inspirant des techniques de la RO sont proposées : des méthodesexactes (programmation linéaire en nombres entiers), des heuristiques (algorithme glouton, recherche tabou avec et sans mémoire adaptative, algorithme génétique, algorithme mémétique) et des moteurs de simulation à événements discrets ont été développés. Des expérimentations numériques valident l'intérêt et la qualité des méthodes développées. / This thesis illustrates the OR problems found in a general hospital context like the hospital complex of Tours. The problem is addressed in this thesis is a vehicle routing problem. This work focuses on the study of two main problems : the transportation of patient and the transportation of commodities. The first problem of vehicle routing deals with the logistics flows in an hospital complex (clean linen, meals carts, medicines, sterile equipments, etc.) which are to be delivered or picked up in the hospital units, locatedat different places in the city. The second problem deals with the emergency patient transport (Emergency Medical Assistance Service) as well as with the planned transports (ambulance central station). To solve these problems, several methods based on techniques of OR are proposed: exact methods (integer linear programming), heuristics (greedyalgorithm, tabu search with and without adaptive memory, genetic algorithm, memetic algorithm), and discrete event simulations.

Automatiser la conduite peut réduire le risque d'accidents et fluidifier le trafic en s’appuyant sur des communications entre véhicules et avec une infrastructure dédiée. Maintenir les services lorsque l’infrastructure faillit nécessite un protocole de routage adapté aux communications véhicule-à-véhicule (V2V). Cette thèse pose l’hypothèse de l’absence d’infrastructure et de service global de localisation, chaque véhicule connaissant sa seule position. Un modèle d’organisation des communications V2V, CBL, est proposé pour créer et maintenir une structure supportant les échanges proches, entre véhicules voisins, et lointains à travers le trafic. Il crée une hiérarchie où des groupes dissociés de véhicules voisins (feuilles) sont connectés via un véhicule leader (branche) à une colonne vertébrale (chaîne) formée le long de la route par interconnexion des branches. CBL requière la seule connaissance du voisinage à un saut et peut s’intégrer à tout protocole de routage. Les évaluations sur des scénarios routiers montrent que CBL exploite mieux les contraintes spatiales dues à la route, obtenant une structure plus adaptée à l’optimisation du trafic broadcast comparativement à la technique des multipoints relais dans OLSR, mais aussi face aux protocoles DSR, AODV et GRP, pour un trafic basé sur les préconisations IEEE de taille et fréquence de messages en milieu routier. Des évaluations sur des trafics d’applications coopératives telles que l’égo-localisation et la perception élargie montrent que CBL offre un service de communication à latence et taux de pertes faibles selon un compromis voulu entre fréquence de messages et performances. / Automated driving can reduce accidents and improve the traffic flow by using communications between vehicles and dedicated infrastructures. Maintaining services when an infrastructure failed requires a routing protocol adapted to vehicle-to-vehicle (V2V) communications. This dissertation assumes the absence of dedicated infrastructure and global location service, each vehicle knowing its only own position. A V2V communication organization model, CBL, is proposed to create and maintain a structure that supports close exchanges between neighbouring vehicles and remote exchanges through the traffic. CBL creates a hierarchy where disjoint groups of neighbouring vehicles (leaves) are connected via a leader vehicle (branch) to a backbone (chain) formed along the road by the interconnection of the branches. CBL requires only the knowledge of the one-hop neighborhood and can be integrated into any routing protocol. The evaluations on road scenarios using IEEE-based traffic recommended on road environments in terms of size and message frequency show that CBL makes a better use of the spatial constraints due to the road. A structure is obtained that suits better in the optimisation of the broadcast traffic than the technique of multipoint relays in OLSR, but also compared to DSR, AODV and GRP protocols. Evaluations of cooperative application traffic such as ego-localization and extended perception show that CBL offers a communication service with low latency, low packet loss, according to a wanted trade-off between message frequency and performance.

Intitulée « Economie de l’innovation – le cas du véhicule intelligent », cette thèse analyse la montée en puissance de l’innovation dans le transport à travers la croissance de l’intelligence artificielle dans les véhicules, les infrastructures et les postes centralisés de régulation et de surveillance. Elle introduit de nouveaux instruments théoriques en économie de l’innovation, définissant le cadre d’une économie comportementale de l’innovation. Ces nouveaux instruments théoriques sont appliqués au cas des concepteurs et des consommateurs-conducteurs du véhicule intelligent. Les apports novateurs portent sur : - l’impact sur la sécurité routière des systèmes intelligents ; - les conditions de l’acceptabilité et de la diffusion des systèmes intelligents ;- l’évolution de l’industrie automobile vers le véhicule intelligent ; - la conception générale du véhicule intelligent : l’intelligence artificielle intégrée dans le véhicule comme un outil ou le véhicule comme accessoire de l’intelligence du mouvement. / Titled “Economy of innovation – The case of the intelligent (smart ?) vehicle”, this thesis deals with the growing innovation in the transportation means through the growing importance of artificial intelligence in vehicles, in infrastructures, and in centralized regulation and monitoring centers. It presents new theoretical instruments applicable for the economy of innovation by defining the framework of its behavioral aspects. These new theoretical instruments are applied to the case of designers and to the case of consumers-drivers of the intelligent vehicle. Innovative topics are the following: - the impact of intelligent systems on road safety, - the conditions for accepting and spreading intelligent systems, - the evolution of the car industry towards the intelligent vehicle, - the global design of the intelligent vehicle: the artificial intelligence embedded in the vehicle as an assistant tool or the vehicle as secondary to the intelligence of the movement.

Les tournées de service concernent l’organisation de déplacement de personnels vers des clients. Lors de la planification et de l’exécution de tournées de service mono-période, les entreprises sont confrontées aux aléas des temps de service et de parcours. C’est pourquoi, dans cette thèse, nous nous intéressons à une variante du problème de tournées de service, dans laquelle les temps de parcours et de service sont stochastiques. Il s’agit du problème de tournées de service multi-dépôt, incluant fenêtres de temps, temps de service et de parcours stochastiques avec priorité entre les clients (distinction clients obligatoires / clients optionnels). Pour résoudre cette problématique, nous proposons trois méthodes différentes. Dans la première méthode, nous construisons des routes contenant uniquement des clients obligatoires puis nous procédons à l’insertion des clients optionnels. La deuxième méthode est une méthode approchée basée sur la génération de colonnes consistant à générer un ensemble de routes de bonne qualité pour chaque véhicule puis à en sélectionner une par véhicule. La dernière méthode est un algorithme de branch and price dans lequel le sous-problème consiste à générer des routes réalisables pour un véhicule donné, tandis que le problème maître permet de sélectionner des routes en s’assurant que la priorité des clients est respectée. Après chacune de ces méthodes, afin d’évaluer la qualité de ces solutions face aux aléas, nous utilisons un algorithme de programmation dynamique et procédons à un ensemble de simulations du déroulement des tournées en temps réel. Nous avons testé ces méthodes sur des problèmes dont les données sont issues du milieu industriel. / The field service routing problem consists in assigning the visits of technicians to clients in order to satisfy their requests for service activities such as maintenance. When planning service routes, companies have to face hazardous travel and service times. Therefore, in this thesis, we deal with a variant of the single-period field service routing problem in which travel and service times are stochastic. It is the field service routing problem with multiple depots, time windows, stochastic travel and service times and priority within customers (distinguishing mandatory and optional customers). To solve this problem, we propose three different methods. In the first one, we first build routes containing only mandatory customers and then, we insert optional customers in these routes. The second one is a heuristic method based on column generation consisting in generating a set of valuable routes for each vehicle and then in selecting one route per vehicle. The last method is a branch and price algorithm, based on the second method, in which the subproblem consists in finding feasible routes for a given vehicle, whereas the master problem consists in selecting routes while ensuring that customer’s priority is respected. After each of these methods, in order to evaluate the quality of these solutions regarding stochasticity, we use a dynamic programming algorithm and we proceed to a set of simulations of the real-time execution of the service activities over the period. All our experimentations have been made on problems coming from realistic data.

Pour les systèmes de commande sous la forme de dx/dt = f (x, u), dans la littérature, les chercheurs s'intéressaient à la stabilisation de ce système de différentes manières : asymptotique, uniformément asymptotique, partielle, en temps fini, etc. Pour aboutir à ces résultats, les méthodes utilisées font appel aux techniques suivantes : Lyapunov, Lasalle, Barbalat, surface glissante, etc. Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés à une autre fonctionnalité de la commande, dite commande répulsive stabilisante. Les résultats ont été généralisés au cas d'un système avec dérive et sans dérive. Comme résultat, l'approche de commande qu'on propose assure la stabilité du système autour d'une position désirée et la répulsion de celui-ci par rapport à un ensemble indésirable, construit dans l'espace de navigation. Toute forme d'application sera concernée par nos résultats théoriques, on peut citer, la navigation terrestre et aérienne dans un environnement peu ou pas connu. De même, la commande qu'on propose préserve la communication inter-agent, une fois planifiées. En terme d'application, on a considéré le modèle d'un véhicule à roues type unicycle, sans tenir compte de l'orientation (cas non holonôme) et dans le cas où l'environnement contient un ou plusieurs obstacle(s). Contrairement aux résultats de la littérature, qui sont basés sur une commande à structure variable pour l'évitement d'un obstacle, la commande répulsive-stabilisante trouvée est une commande continue sur l'espace de navigation. La deuxième partie de cette thèse traite le problème de stabilité d'une formation d'agents (système multi-véhicules) qui évolue dans un environnement hostile tout en préservant la communication entre les agents. Pour réussir la formation, la décentralisation de la commande par rapport aux agents est rendue robuste à travers des graphes de communication. Ces graphes relèvent de la stratégie et objectifs de la formation. Nos résultats de stabilité ont fait l'objet d'une implémentation rigoureuse sur un simulateur réalisé sous Matlab. / For control systems in the form dx/dt = f (x, u), in the literature, researchers were interested in stabilizing the system in different ways : asymptotic, uniformly asymptotic, partial, in #nite time, etc. To achieve these results, the methods involve the following techniques : Lyapunov, LaSalle, Barbalat, sliding surface, etc. In this thesis, we became interested in another feature form of the controller, called repulsive stabilizing controller. The results were generalized to the case of a system with drift and without drift. As a result, the proposed control approach ensures the system stability around a desired position and the repulsion of the latter over a set junk, built in the navigation space. Any form of application will be concerned by our theoretical results including, terrestrial and aerial navigations in a little known or not known environment. Similarly, the proposed control law, once planned, preserves the inter-agent communication. In terms of application, we considered the model of a unicycle-type wheeled vehicle, regardless of orientation (non-holonomic case) and where the environment contains one or more obstacle(s). Contrary to the results of the literature, which are based on a switching control structure for avoidance of an obstacle, the stabilizing repulsive found is a smooth and continuous controller on the navigation space. The second part of this thesis addresses the stability problem of a formation of agents (multi-vehicle) operating in a hostile environment while maintaining the communication between agents. To successfully the strategy of the formation, the decentralized controller over agents is made robust through communication graphs. These graphs are performed according to the formation strategy and objectives. Our stability results have been implemented in a simulator made in Matlab.

L'automobile est un moyen de transport de prédilection puisqu'elle confère beaucoup de liberté aux utilisateurs. Cependant, les coûts sociaux et économiques reliés aux accidents de la route, ainsi que les émissions polluantes produites par la combustion des hydrocarbures, représentent une problématique à laquelle le Réseau de centres d'excellence AUTO21 s'intéresse. Notamment, AUTO21 finance ce projet qui porte sur les architectures décisionnelles appliquées aux trains de véhicules. Un train de véhicule est un système de transport intelligent regroupant un ensemble de véhicules qui se suivent les uns derrière les autres, conservant une faible distance entre eux.L'architecture DCD est une architecture décisionnelle complète avec communication bidirectionnelle responsable de la prise de décision distribuée d'un groupe de véhicules opérant au sein d'un train de véhicules.L'architecture réalise la plupart des manoeuvres réalisables dans les trains de véhicules tels l'insertion ou le retrait d'un véhicule dans le train, ainsi que la gestion des situations d'urgences telles les collisions et la défaillance de certains capteurs. La validation de l'architecture est effectuée avec un groupe de quatre robots mobiles équipés d'un système de positionnement relatif qui permet de localiser les véhicules les uns par rapport aux autres. Un ensemble de 18 scénarios de tests, couvrant un large éventail des situations susceptibles de survenir dans les trains de véhicules, est réalisé. Les résultats obtenus indiquent que la prise de décision des véhicules, ainsi que la coordination des véhicules via la communication sont robustes et permettent l'exécution des manoeuvres attendues.

Ce projet de recherche présente les résultats d'une étude qualitative explorant la possible relation entre la distance temporelle perçue et l'intention d'adoption du camion à l'hydrogène, du camion électrique et du camion autonome par les parties prenantes de l'industrie du camionnage canadienne. Le camion à l'hydrogène et le camion électrique se présentent comme alternative aux carburants fossiles pour l'industrie du camionnage tandis que le camion autonome pourrait être une solution à la pénurie de main-d'œuvre. Les facteurs explorés furent la distance temporelle, la résistance aux changements du PDG ou de l'équipe de direction, l'attitude envers les solutions de remplacement proposées et le type de transport effectué ou consommé. Afin de collecter les données, une entrevue individuelle semi-dirigée d'environ une heure fut réalisée auprès de 31 experts de l'industrie du camionnage. La perception de la distance temporelle (élevée vs faible) a semblé être positivement liée à l'intention d'adoption pour le camion électrique ainsi que le camion autonome. Dans le cas du camion à l'hydrogène, la possible relation ne put être explorée dû à un manque de connaissance de la part des répondants. / This research project presents the results of a qualitative study exploring the possible relationship between perceived temporal distance and the intention to adopt the hydrogen truck, the electric truck and autonomous truck by stakeholders of the Canadian trucking industry. The hydrogen truck and the electric truck are presented as an alternative to fossil fuels for the trucking industry while the autonomous truck could be a solution to the labour shortage. Factors explored were temporal distance, CEO or management team resistance to change, attitude toward the proposed alternatives and the type of transport performed or consumed. In order to collect the data, an individual semi-structured interview lasting approximately one hour was conducted with 31 trucking industry experts. The perception of temporal distance (high vs. low) seemed to be positively related to the intention to adopt for the electric truck as well as the autonomous truck. In the case of the hydrogen truck, the possible relationship could not be explored due to a lack of knowledge on the part of the respondents.

Le présent document détaille le travail ayant été réalisé pour la conception de l’ensemble d’ailes à éléments multiples de la première édition du véhicule électrique de la FormUL (anciennement la Formule SAE) de l’Université Laval en 2015. Ce projet étudiant vise à concevoir un véhicule de course monoplace 100% électrique afin de participer aux compétitions internationales de Formula Student en Europe. L’objectif global de cette maîtrise est donc de maximiser le pointage de l’équipe aux compétitions via l’amélioration des performances aérodynamiques du véhicule. À cette fin, un premier travail de modélisation permettant de quantifier la sensibilité du pointage aux paramètres aérodynamiques a été effectué, ce qui a permis d’établir une cible claire pour l’ensemble de la conception des ailes. Par la suite, les bases nécessaires à une optimisation numérique des ailes ont été établies. Une évaluation des différentes méthodes de paramétrisation d’aile a été réalisée, permettant le développement d’une solution propre à ce travail admettant un nombre minimal de variable. Étant donné le coût de calcul important associé aux simulations de dynamique des fluides numérique (CFD) 3D, il a été décidé qu’une approche à deux niveaux faisant usage, dans un premier temps, de simulations 2D moins coûteuses serait privilégiée. L’algorithme génétique de Matlab est utilisé afin d’effectuer l’optimisation 2D des profils d’aile. Étant donné les faibles performances, l’algorithme commercial SHERPA fut utilisé dans un 2e temps. Suite à l’obtention de résultats prometteurs, la campagne d’optimisation 3D a été lancée à l’aide du superordinateur de Calcul Canada, Colosse, installé à l’université Laval. Au retour des compétitions européennes de l’été 2015, des essais expérimentaux sur piste ont permis de récolter des données avec et sans l’installation des ailes sur le véhicule. Ces résultats démontrent une nette amélioration des performances aérodynamiques du véhicule, se traduisant par une augmentation non-négligeable du pointage total de l’équipe. / This document presents the work that has been done towards the design of a set of multi-elements wings for the first edition of the electric vehicle of the FormUL project (previously Formula SAE) of Laval University, in 2015. FormUL is a student project with the objective of designing and building a 100% electric formula-style race car in order to compete in the international Formula Student competitions in Europe. The global objective of this work is thus to maximise the team’s overall score at competitions through better aerodynamic performance of the vehicle. To do so, a simulation tool is first developed to quantify the score sensitivity to the aerodynamic parameters of the vehicle. With this, a clear goal is set for the optimization procedure. Secondly, a review of the wing parameterization techniques is presented along with the developed solution, which minimizes the number of design variables. As the computational cost associated with 3D Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations is high, a two-step optimization procedure that first leverages a low cost 2D CFD simulation is developed. Matlab’s genetic algorithm was initially selected to optimize the airfoils, but a second more efficient commercial algorithm is finally used, namely Red Cedar Technology’s SHERPA algorithm.. Following the promising results of the 2D optimization, the 3D campaign was performed with the computational resources available at Laval University, namely Compute Canada’s supercomputer Colosse. During fall 2015, after the European competitions, on-track experimental testing enabled the collection of data for the vehicle with and without the wings designed in this work. The results show a significant improvement of the aerodynamic performance of the vehicle that is estimated to have a non-negligible positive impact on the team’s overall score.

Ce projet de recherche présente les résultats d'une étude qualitative explorant la possible relation entre la distance temporelle perçue et l'intention d'adoption du camion à l'hydrogène, du camion électrique et du camion autonome par les parties prenantes de l'industrie du camionnage canadienne. Le camion à l'hydrogène et le camion électrique se présentent comme alternative aux carburants fossiles pour l'industrie du camionnage tandis que le camion autonome pourrait être une solution à la pénurie de main-d'œuvre. Les facteurs explorés furent la distance temporelle, la résistance aux changements du PDG ou de l'équipe de direction, l'attitude envers les solutions de remplacement proposées et le type de transport effectué ou consommé. Afin de collecter les données, une entrevue individuelle semi-dirigée d'environ une heure fut réalisée auprès de 31 experts de l'industrie du camionnage. La perception de la distance temporelle (élevée vs faible) a semblé être positivement liée à l'intention d'adoption pour le camion électrique ainsi que le camion autonome. Dans le cas du camion à l'hydrogène, la possible relation ne put être explorée dû à un manque de connaissance de la part des répondants. / This research project presents the results of a qualitative study exploring the possible relationship between perceived temporal distance and the intention to adopt the hydrogen truck, the electric truck and autonomous truck by stakeholders of the Canadian trucking industry. The hydrogen truck and the electric truck are presented as an alternative to fossil fuels for the trucking industry while the autonomous truck could be a solution to the labour shortage. Factors explored were temporal distance, CEO or management team resistance to change, attitude toward the proposed alternatives and the type of transport performed or consumed. In order to collect the data, an individual semi-structured interview lasting approximately one hour was conducted with 31 trucking industry experts. The perception of temporal distance (high vs. low) seemed to be positively related to the intention to adopt for the electric truck as well as the autonomous truck. In the case of the hydrogen truck, the possible relationship could not be explored due to a lack of knowledge on the part of the respondents.