Le contrôle précis des modèles géométriques joue un rôle important dans de nombreux domaines. Pour l’optimisation de forme en CFD, le choix des paramètres de contrôle et la technique de déformation de forme est critique. Nous proposons un modeleur paramétrique avec une nouvelle méthode de déformation d’objets, ayant pour objectif d’être intégré dans une boucle d’optimisation automatique de forme avec un solveur CFD. Notre méthodologie est basée sur une double paramétrisation des objets : géométrique et architecturale. L’approche géométrique consiste à décrire les formes par un squelette, composé d’une famille de courbes B-Splines, appelées courbes génératrice et courbes de section. Le squelette est paramétré avec une approche architecturale. Au lieu d’utiliser les points de contrôle de la représentation classique par courbes B-Splines, la géométrie est contrôlée par ces paramètres architecturaux. Cela permet de réduire considérablement le nombre de degrés de liberté utilisés dans le problème d’optimisation de forme, et permet de maintenir une description haut niveau des objets. Notre technique intègre un contrôle de forme et un contrôle de régularité, permettant d’assurer la génération de nouvelles formes valides et réalistes. Les déformations de la géométrie sont réalisées en posant un problème inverse : déterminer une géométrie correspondant à un jeu de paramètres cibles. Enfin, une technique de reconstruction de surface est proposée. Nous illustrons le modeleur paramétrique développé et intégré dans une boucle d’optimisation automatique de forme sur trois cas : un profil d’aile d’avion, un foil AC45 d’un voilier de course et un bulbe de chalutier de pêche. / The precise control of geometric models plays an important role in many domains. For shape optimisation in CFD, the choice of control parameters and the way to deform a shape are critical. In this thesis, we propose a new approach to shape deformation for parametric modellers with the purpose of being integrated into an automatic shape optimisation loop with a CFD solver. Our methodology is based on a twofold parameterisation: geometrical and architectural. The geometrical approach consist of a skeleton-based representation of object. The skeleton is made of a family of B-Spline curves, called generating curve and section curves. The skeleton is parametrised with an architectural approach: meaningful design parameters are chosen on the studied object. Thus, instead of using the control points of a classical B-spline representation, we control the geometry in terms of architectural parameters. This reduce the number of degrees of freedom and maintain a high level description of shapes. We ensure to generate valid shapes with a strong shape consistency control based on architectural considerations. Deformations of the geometry are performed by solving optimisation problems on the skeleton. Finally, a surface reconstruction method is proposed to evaluate the shape’s performances with CFD solvers. We illustrate the parametric modeller capabilities on three problems, performed with an automatic shape optimisation loop: the wind section of an plane (airfoil), the foil of an AC45 racing sail boat and the bulbous bow of a fishing trawler.

Québec Université Laval, Bibliothèque 2014

En biologie synthétique, il existe plusieurs manières d’adresser les problèmes soulevés dans plusieurs domaines comme la thérapeutique, les biofuels, les biomatériaux ou encore les biocapteurs. Nous avons choisi de nous concentrer sur l’une d’entre elles : les réseaux de régulation génétique (RRG). Un constat peut être fait : la diversité des problèmes résolus grâce aux RRGs est bridée par la complexité de ces RRGs, qui a atteint une limite. Quelles solutions s’offrent aux biologistes, pour repousser cette limite et continuer d’augmenter la complexité de leur système ? Cette thèse a pour but de fournir aux biologistes les outils nécessaires à la conception et à la simulation de RRGs complexes. Un examen de l’état de l’art en la matière nous a mené à adapter les outils de la micro-électronique à la biologie ainsi qu’à créer un algorithme de programmation génétique pour la conception des RRGs. D’une part, nous avons élaboré les modèles Verilog A de différents systèmes biologiques (passe-bande, proie-prédateur, repressilator, XOR) ainsi que de la diffusion spatiotemporelle d’une molécule. Ces modèles fonctionnent très bien avec plusieurs simulateurs électroniques (Spectre et NgSpice). D’autre part, les premières marches vers l’automatisation de la conception de RRGs ont été gravies. En effet, nous avons développé un algorithme capable d’optimiser les paramètres d’un RRG pour remplir un cahier des charges donné. De plus, la programmation génétique a été utilisée pour optimiser non seulement les paramètres d’un RRG mais aussi sa topologie. Ces outils ont su prouver leur utilité en apportant des réponses pertinentes à des problèmes soulevés lors du développement de systèmes biologiques. Ce travail a permis de montrer que notre approche, à savoir adapter les outils de la micro-électronique et utiliser des algorithmes de programmation génétique, est valide dans le contexte de la biologie synthétique. L’assistance que notre environnement de développement fournit au biologiste devrait encourager l’émergence de systèmes plus complexes. / In synthetic biology, Gene Regulatory Networks (GRN) are one of the main ways to create new biological functions to solve problems in various areas (therapeutics, biofuels, biomaterials, biosensing). However, the complexity of the designed networks has reached a limit, thereby restraining the variety of problems they can address. How can biologists overcome this limit and further increase the complexity of their systems? The goal of this thesis is to provide the biologists with tools to assist them in the design and simulation of complex GRNs. To this aim, the current state of the art was examined and it was decided to adapt tools from the micro-electronic field to biology, as well as to create a Genetic Programming algorithm for GRN design. On the one hand, models of diffusion and of other various systems (band-pass, prey-predator, repressilator, XOR) were created and written in Verilog A. They are already implemented and well-functioning on the Spectre solver as well as a free solver, namely NgSpice. On the other hand, the first steps of automatic GRN design were achieved. Indeed, an algorithm able to optimize the parameters of a given GRN according to a specification was developed. Moreover, Genetic Programming was applied to GRN design, allowing the optimization of both the topology and the parameters of a GRN. These tools proved their usefulness for the biologists’ community by efficiently answering relevant biological questions arising in the development of a system. With this work, we were able to show that adapting microelectronics and Genetic Programming tools to biology is doable and useful. By assisting design and simulation, such tools should promote the emergence of more complex systems.

Cette thèse présente la conception d'un accélérateur matériel dédié à la simulation de circuits intégrés. Sur cet accélérateur sont développés un ensemble de logiciels constituant un environnement intégré de simulation. Nous y discutons tout d'abord des concepts de base de la modélisation des circuits intégrés, de la simulation logico-fonctionnelle, de la simulation de pannes, des langages de description du matériel, ainsi que des techniques d'accélération de la simulation de circuits intégrés. Nous présentons ensuite la structure générale de l'accélérateur. Il est basé sur une architecture parallèle : un réseau en anneau sur lequel sont disposées des unités de simulation, où chaque unité de simulation est composée de trois microprocesseurs exécutant trois tâches respectivement. l'ensemble des logiciels implémentés sur cet accélérateur est présenté. Le simulateur réalise ainsi la simulation multi-niveaux (porte logique, fonctionnel et interrupteur) et la simulation de pannes. Des outils de compilation permettent l'utilisation des langages de description du matériel pour modéliser les circuits intégrés de manière structurelle et fonctionnelle. Enfin, différentes stratégies de parallélisation de la simulation ainsi que plusieurs algorithmes de simulation adaptés aux différents niveaux d'abstraction sont étudiés

Conception assistée par ordinateur de circuits électroniques. Adaptation et perfectionnement d'outils de simulation efficaces des processus de conception et de réalisation. Elaboration d'outils nouveaux. Simulation et optimisation de circuits analogiques.

La thèse est que la représentation par contraintes, en terme de langage et la déduction par la gestion automatique des réseaux de contraintes est une voie adéquate pour les systèmes d'aide à la conception en ingénierie. Deux techniques de l'Intelligence Artificielle à savoir la Propagation de Contraintes et le Raisonnement Qualitatif sont abordées. La Propagation de Contraintes est un mécanisme d'inférences déductives sur les réseaux de contraintes. Ce mécanisme présente plusieurs difficultés, particulièrement dans les calculs pas-à-pas de la résolution des relations entre valeurs des variables. Pour améliorer ce mécanisme, il est proposé dans le présente travail des algorithmes de filtrage sur la consistance locale dans des réseaux de contraintes algébriques n-aires. Ainsi, le concept de réseaux dynamiques est exploité comme un module d'aide à la conception. Le Raisonnement Qualitatif permet aux concepteurs d'analyser les modèles quand la connaissance est incomplète. L'approche de la Simulation Qualitative est proposée. L'adéquation de celle-ci est illustrée par d'une part, la représentation de connaissances incomplètes en termes de contraintes qualitatives, et d'autre part, sa capacité de saisir les comportements qualitatifs possibles des modèles. Un ensemble de logiciels est développé et leur efficacité démontrée sur des cas simples.

Le problème de conception dans le domaine du bâtiment est pluridisciplinaire. Plusieurs experts (architectes, ingénieurs, techniciens, ...) doivent coopérer et négocier afin de produire un résultat cohérent. Pour développer un outil informatique d'aide à la conception en bâtiment, on utilise un environnement avancé d'intelligence artificielle alliant une puissante représentation orientée objet à des mécanismes d'organisation et de contrôle du raisonnement. Le travail porte surtout sur le couplage de systèmes experts à base de connaissance en bâtiment (pour le raisonnement) avec des outils de CAO (pour la saisie et l'interaction graphique). La thèse consiste en une contribution à la spécification des éléments de base d'un prototype de cet outil. La spécification est concrétisée par une maquette logicielle.

Ce mémoire présente une étude de l'implantation optimale d'un robot en fonction de la tâche à réaliser, en prenant en compte les contraintes de non collisions. La démarche proposée s'est appuyée sur un système de C.A.O. classique. Elle se fonde sur une définition des tâches en termes de trajectoire de référence, définie par des points d'arrêt induits par le processus de fabrication et des points de passages disposés pour assurer la non collision avec les obstacles. Elle aboutit à une méthode permettant d'optimiser la trajectoire du robot de manière conjointe avec son implantation, en étendant le concept de variables articulaires à l'ensemble des variables décrivant les possibilités d'implantation du robot. Ces points de passage sont mis en place au cours du processus d'optimisation générale en fonction de l'implantation du robot et de la disposition des obstacles. Cette approche est introduite par une étude de la planification de trajectoires, à travers une méthode locale dissociant les objectifs de réalisation du process des objectifs d'anti-collision, suivie d'une étude du domaine d'implantation du robot. Ces travaux ont été appliqués aux problèmes de l'industrie automobile à travers l'exemple des postes de soudure par points et des postes de montage.

La simulation numérique de comportement des futurs produits est largement utilisée sur les modèles virtuels de produits avant leur fabrication physique. Cependant, le processus pourrait encore être optimisé en particulier pendant la phase d'optimisation du comportement de produit. Ce processus implique la répétition de quatre étapes principales de traitement : conception de CAO, création de maillage, enrichissement de sémantique par la modélisation du comportement physique et enfin calcul par éléments finis (EF). L'analyse de comportement de produit est effectuée à partir de la première solution de conception puis sur les nombreuses boucles successives d'optimisation de produit. Chaque évaluation de solution nécessite le même volume de temps que celui nécessaire pour la première conception de produit, cela est particulièrement crucial dans le contexte de maintenance de produit et d'évaluation de cycle de vie de produit. Cette thèse propose un nouveau cadre de travail pour l'optimisation de produit à partir de simulation par EF menées successivement sans retour à la CAO initiale du produit, ce qui réduit les activités de préparation de maillages et d'enrichissement sémantique E.F. Plus concrètement, l'idée est d'opérer directement le maillage enrichi par la sémantique E.F pour optimiser le produit. Dans cette thèse, les concepts sous-jacents et les composants conçus pour le développement de ces opérateurs de modification sont présentés et analysés. Une spécification d'opérateur de haut niveau est proposée selon une structure modulaire qui permet ensuite une réalisation facile des différents opérateurs de modification de maillage. Enfin, quatre déclinaisons de cet opérateur de maillage de haut niveau sont présentées: la fusion, la fissuration, le perçage et le congé d'arête. Ces opérateurs ont été prototypés et validés sur des modèles E.F. académiques et industriels, permettant de démontrer leur efficacité et la pertinence de l'approche proposée.

La définition de formes par ces procédés itératifs génère des structures avec des propriétésspécifiques intéressantes : rugosité, lacunarité. . . . Cependant, les modèles géométriques classiquesne sont pas adaptés à la description de ces formes.Dans le but de développer un modeleur itératif pour concevoir des objets fractals décrits à l'aide duBCIFS, nous avons développé un ensemble d'outils et d'algorithmes génériques qui nous permettentd'évaluer, de caractériser et d'analyser les différentes propriétés géométriques (la localisation, lecalcul de l'enveloppe convexe, de la distance à partir d'un point, etc) de fractals. Nous avons identifiéles propriétés des opérations standards (intersection, union, offset, . . . ) permettant de calculer uneapproximation d'image des fractales et de plus d'optimiser ces algorithmes d'approximation.Dans certains cas, il est possible de construire un CIFS avec l'opérateur de HUTCHINSON généralisédont l'attracteur est suffisamment proche du résultat de l'opération par rapport à la métrique deHausdorff. Nous avons développé un algorithme générique pour calculer ces CIFS pour une précisiondonnée. Nous avons défini la propriété d'auto-similarité de l'opération, qui définie un ensemble detransformations utilisé dans un système itératif résultant.Pour construire un CIFS exact de l'image, si il existe, il faut prouver tous les similitudes nécessairesmanuellement. Nous explicitons également la condition de l'opération, quand le résultat peut êtrereprésenté par un IFS avec un opérateur de HUTCHINSON généralisé. Dans ce cas, il n'est que cettecondition à prouver manuellement