Les bâtiments à faible consommation d'énergie connaissent, ces dernières années, un grand intérêt étant donné le rôle important qu'ils jouent dans la diminution des émissions de gaz à effet de serre d'une part, et la flambée des prix des combustibles, d'autre part. Néanmoins, dans de nombreux cas la réalisation de ce type de bâtiments n'atteint pas les performances escomptées. Ce problème est dû en grande partie à : 1) la perte d'informations tout au long du cycle de vie du bâtiment, 2) la non évaluation régulière des décisions prises par les acteurs intervenants. Le commissionnement en tant que processus de contrôle qualité joue un rôle important dans le bon déroulement du processus de réalisation de bâtiments à faible consommation d'énergie. Cette recherche vise à développer une méthodologie dont l'objectif est d'assister les personnes responsables de cette mission dans la définition de plans de commissionnement adaptés à leurs projets. Nous avons réalisé en premier, un état de l'art de la réalisation des bâtiments à faible consommation d'énergie, que nous avons par la suite confronté à la réalité à travers une enquête auprès des acteurs du bâtiment et d'étude de cas réels. Cette étape nous a permis de formuler une hypothèse concernant la nécessité d'un commissionnement "évolutif" -adapté aux particularités de chaque projet - et de décrire une méthodologie globale d'assistance à la conception des bâtiments à faible consommation d'énergie, qui intègre une aide à la décision, une gestion de l'information et un commissionnement "évolutif" qui vient vérifier le bon déroulement des deux premiers. Pour mettre en application cette méthodologie, une boîte à outils a été développée. Elle est constituée de : 1) un outil dit "statique" qui permet de définir un premier plan de commissionnent générique qui répond aux caractéristiques d'un projet, à partir d'une base de données exhaustives de tâches de commissionnement, 2) un outil dit "dynamique" basé sur les probabilités, qui permet de mettre à jour le plan de commissionnement initial (générique), en l'adaptant au projet en cours. Cette mise à jour permet de prendre en compte les particularités et imprévus rencontrés lors de la réalisation d'un projet, rendant ainsi le plan de commissionnement plus précis. Une expérimentation, dans un cas réel, du premier outil et des applications du second ont été faites pour montrer leurs possibilités et leurs limites. Les résultats font apparaître deux points importants : 1) l'intérêt d'avoir un plan de commissionnement structuré et évolutif pour vérifier la qualité de la réalisation des bâtiments à faible consommation d'énergie et assurer ainsi l'atteinte des performances souhaitées, 2) l'intérêt d'utiliser un outil probabiliste tel que les réseaux Bayésiens pour anticiper les dérives et prendre en charge les imprévus rencontrés lors de ce processus vivant. Cette méthodologie représente une base pour le développement d'outils d'assistance à la définition de plans de commissionnement "évolutifs" pour le neuf et l'existant, et tous les secteurs du bâtiment

Les bâtiments à très basse consommation d'énergie bénéficient d'une isolation thermique performante et d'une bonne étanchéité à l'air, souvent couplées à une conception bioclimatique du bâtiment. L'apport d'énergie nécessaire au chauffage et au rafraîchissement de l'ambiance s'en trouve considérablement réduit. Dans ce contexte, il devient possible d'utiliser l'air comme unique vecteur d'énergie, à des débits suffisamment faibles pour permettre son intégration dans le système de ventilation sanitaire, et avec un écart de température réduit entre l'air soufflé et l'ambiance. Une unité terminale de soufflage, ou diffuseur d'air, a alors pour rôle d'assurer un mélange optimal de l'air neuf avec l'air ambiant, de façon à obtenir une répartition homogène de température et de vitesse dans les pièces d'habitation, et un bon renouvellement de l'air intérieur. Ce travail de thèse propose une étude du confort thermique et de l'efficacité de ventilation dans une cellule climatique à échelle 1 en conditions contrôlées, dans le contexte d'utilisation d'un système combiné de ventilation, chauffage et rafraîchissement. Une stratégie de ventilation par mélange est mise en œuvre à l'aide d'un diffuseur d'air composé de douze buses lobées de géométrie complexe, et l'occupation est prise en compte par des mannequins cylindriques, qui constituent des sources de chaleur sensible et de dioxyde de carbone. La vitesse d'air, la concentration en CO2 ainsi que les températures d'air, de globe noir et des parois de la cellule sont suivies expérimentalement pour différentes conditions de soufflage d'air chaud et froid. Les mesures expérimentales sont complétées par des simulations numériques de mécanique des fluides (CFD), qui visent à caractériser l'écoulement dans la cellule. Cette approche fait intervenir une méthode de modélisation en deux temps afin d'intégrer correctement la géométrie complexe du diffuseur d'air dans les simulations. Des études paramétriques sont ensuite proposées pour des conditions non testées expérimentalement. Celles-ci visent à mettre en évidence l'impact des conditions de soufflage et des charges internes sur l'écoulement et sur le confort, pour les conditions spécifiques aux bâtiments à très basse consommation d'énergie.

L'objectif de cette étude consiste à développer une approche permettant d'économiser de l'énergie de haut niveau thermique dans le procédé de la distillation atmosphérique du pétrole. Cette approche repose sur le fait que l'installation de plusieurs flashs sur le train de préchauffage de ce procédé associée à un choix approprié du plateau d'alimentation des vapeurs résultantes à la colonne de distillation, provoque une diminution de la chaleur apportée à ce train de préchauffage. Le déficit de chaleur de haut niveau thermique ainsi créé est causé par la réduction des débits des reflux latéraux de la colonne de distillation et il est compensé par de la chaleur de bas niveau thermique apportée par les effluents résiduaires disponibles dans toute la raffinerie. Cette approche peut être appliquée aux nouveaux procédés comme à l'expansion des procédés existants et l'économie d'énergie de haut niveau thermique dans le four peut atteindre les 21%. Une réduction équivalente des gaz à effet de serre est aussi observée / The objective of this thesis is to demonstrate, on thermodynamic grounds, that introducing a flash in the preheating train of an atmospheric oil distillation process , together with an appropriate feeding of the resulting vapors into the column, could potentially bring substantial energy savings by reducing the duty of the preheating furnace and by reducing the distillation column irreversibilities. This idea has been expended by showing how this can be done while keeping the throughput and the product characteristics unchanged. The outcome is that placing several flashes after the heat exchangers and feeding the corresponding vapor streams to the appropriate trays of the column, reduces the pumparound flows and then the heat brought to the preheating train. The resulting heat deficit may then be compensated in additional heat exchangers by using low level heat recuperated from the products of the distillation and/or imported from other processes. The use of this residual heat reduces the furnace duty by approximately an equivalent amount and could be as high as 21%. The approach can be applied in the design of news processes or in the revamping of existing ones

Ce travail de thèse a porté sur la prise en compte de la phase juvénile des peuplements forestiers du Sud-Ouest de la France dans la caractérisation des échanges sol-végétation-atmosphère. L’étude s’est focalisée sur des structures de peuplements contrastées de jeunes peuplements de Pins maritimes et d’Eucalyptus. La première partie de ces recherches a consisté à étudier de façon expérimentale les échanges de masse et d’énergie de jeunes plantations d’Eucalyptus et de Pins maritimes du Sud-Ouest. Trois sites instrumentés pour la détermination en continu des échanges de CO2 et H2O, bilan d’énergie, flux de sève et de croissance et production des arbres ont été suivis durant deux années marquées par des épisodes répétés de sécheresse. Le comportement des essences présentes a été comparé ainsi que les effets de l’environnement et des pratiques culturales sur le fonctionnement de ces écosystèmes. Les bilans annuels d’eau, de carbone et la croissance et la production des trois peuplements ont été établis et comparés. A partir de ces mesures enrichies par des données déjà disponibles et en se basant sur le modèle de production forestière et de transfert sol-végétation-atmosphère GRAECO (INRA-EPHYSE), modèle mécaniste biophysique monodimensionnel, la deuxième partie a consisté à développer une nouvelle évolution de ce modèle pour l’adapter au cas des systèmes de culture de biomasse forestière à croissance rapide. L’approche proposée en couplant ce modèle avec le modèle MAESTRA (Medlyn 2004) a permis de dépasser les hypothèses d’homogénéités verticale et horizontale du couvert pour rendre compte de l’effet de la structure en trois dimensions de peuplements jeunes à couronnes disjointes et sous-étage développé sur les transferts radiatifs, de CO2 et vapeur d’eau. De plus, le modèle a été complété par trois nouveaux modules décrivant respectivement la dynamique du carbone du sol (Roth-C) et la croissance et fonctionnement du sous-étage et du taillis. Il a été évalué sur les données existantes couvrant différents sites et séries temporelles et incluant une série d’interventions de type labour, désouchage, disquage superficiel, semis, dépressages, éclaircies et recépées. Enfin, ce modèle a été implémenté sur un jeu de données décrivant le climat local sous le forçage du scénario climatique A2 régionalisé sur un point de la grille SAFRAN de Météo-France pour trois itinéraires sylvicoles de Pin maritime et Eucalyptus, afin d’évaluer, à titre exploratoire, les potentialités de productivité de ces itinéraires. / In this thesis, the juvenile phase of forest stands of southwestern France was studied in order to characterise soil-vegetation-atmosphere exchanges. The study focused on contrasted structures of young pines and Eucalyptus stands. The first part of this research was to study experimentally the mass and energy exchanges of young plantations of pines and Eucalyptus growing in southwestern France. Continuous measurements of CO2 and H2O fluxes, energy balance, sapflow and tree growth and production were carried out for two years, a period marked by repeated episodes of drought. The behavior of these species was compared, as well as the effects of the environment and cultural practices on these ecosystems. The annual water and carbon balances, growth and production of the three stands were established and compared. These measurements were enriched by data already available and were based on the 1D-mechanistic model of forest production and soil-vegetation-atmosphere transfer GRAECO (INRA-EPHYSE). The second part of the thesis focused on developing a new version of the model to be applied to crop systems for fast-growing forest biomass. By coupling this evolution of the model with the 3D-model MAESTRA (Medlyn 2004), the assumptions of vertical and horizontal homogeneities in the canopy can be exceeded thus accounting for the effect of the three-dimensional structure on the radiative, CO2 and water vapor transfers in young stands, where crowns are separate and the understorey is well-developed. In addition, the model was supplemented by three new modules describing the dynamics of soil carbon (Roth-C) and the growth and functioning of the understory and coppice. It was evaluated on existing data covering different sites and time series and including a series of forest practices, such as plowing, stump removal, superficial disking, seeding, early thinning, thinnings and cutting down close to the ground. Finally, as an exploratory work, this model has been implemented on a data set describing the local climate forced by the A2 climate scenario which was regionalized on a SAFRAN grid point (‘Météo-France’) for three forest itineraries of maritime pine and Eucalyptus, in order to assess the potential productivity of these systems.

Cette thèse présente le développement d'un modèle numérique avancé, capable de simuler les interactions entre des vagues de surface de cambrure quelconque et des corps rigides immergés ayant des mouvements de grande amplitude. Fondé sur la théorie potentielle, il propose une résolution couplée de la dynamique vagues/structure par la méthode implicite de Van Daalen (1993), encore appelée méthode du potentiel d'accélération par Tanizawa (1995). La précision du modèle à deux dimensions est testée sur un ensemble d'applications impliquant le mouvement forcé ou libre d'un cylindre horizontal immergé, de section circulaire : diffraction par un cylindre fixe, radiation par un cylindre en mouvement forcé de grande amplitude, absorption des vagues par le cylindre de Bristol. Pour chaque application, les résultats numériques sont comparés à des résultats expérimentaux ou analytiques issus de la théorie linéaire, avec un bon accord en particulier pour les petites amplitudes de mouvement du cylindre et pour les vagues de faibles cambrures. La génération de vagues irrégulières et la prise en compte d'un second corps cylindrique immergé sont ensuite intégrées au modèle, et illustrées sur des applications pratiques avec des systèmes récupérateurs d'énergie des vagues simples. Enfin, le modèle est étendu en trois dimensions avec des premières applications au cas d'une sphère décrivant des mouvements de grande amplitude / This PhD is dedicated to the development of an advanced numerical model for simulating interactions between free surface waves of arbitrary steepness and rigid bodies in high amplitude motions. Based on potential theory, it solves the coupled dynamics of waves and structure with the implicit method by Van Daalen (1993), also named the acceleration potential method by Tanizawa (1995). The precision of this two-dimensional model is tested on a wide range of applications involving the forced motion or free motion of a submerged horizontal cylinder of circular cross-section : diffraction by a fixed cylinder, radiation by a cylinder in specified high amplitude motions, wave absorption by the Bristol cylinder. In each of these applications, numerical results are compared to experimental data or analytical solutions based on the linear wave theory, with a good agreement especially for small amplitude motions of the cylinder and small wave steepnesses. The irregular wave generation by a paddle and the possibility to add an extra circular cylinder are integrated in the model and illustrated on practical applications with simple wave energy converters. The model is finally extended to three dimensions, with preliminary results for a sphere in large amplitude heaving oscillations

L'utilisation des accélérateurs reconfigurables, pour la conception de system-on-chip hétérogènes, offre des possibilités intéressantes d'augmentation des performances et de réduction de la consommation d'énergie. En effet, ces accélérateurs sont couramment utilisés en complément d'un (ou de plusieurs) processeur(s) pour permettre de décharger celui-ci (ceux-ci) des calculs intensifs et des traitements de flots de données. Le concept de reconfiguration dynamique, supporté par certains constructeurs de FPGA, permet d'envisager des systèmes beaucoup plus flexibles en offrant notamment la possibilité de séquencer temporellement l'exécution de blocs de calcul sur la même surface de silicium, réduisant alors les besoins en ressources d'exécution. Cependant, la reconfiguration dynamique n'est pas sans impact sur les performances globales du système et il est difficile d'estimer la répercussion des décisions de configuration sur la consommation d'énergie. L'objectif principal de cette thèse consiste à proposer une méthodologie d'exploration permettant d'évaluer l'impact des choix d'implémentation des différentes tâches d'une application sur un system-on-chip contenant une ressource reconfigurable dynamiquement, en vue d'optimiser la consommation d'énergie ou le temps d'exécution. Pour cela, nous avons établi des modèles de consommation des composants reconfigurables, en particulier les FPGAs, qui permettent d'aider le concepteur dans son design. À l'aide d'une méthodologie de mesure sur Virtex-5, nous montrons dans un premier temps qu'il est possible de générer des accélérateurs matériels de tailles variées ayant des performances temporelles et énergétiques diverses. Puis, afin de quantifier les coûts d'implémentation de ces accélérateurs, nous construisons trois modèles de consommation de la reconfiguration dynamique partielle. Finalement, à partir des modèles définis et des accélérateurs produits, nous développons un algorithme d'exploration des solutions d'implémentation pour un système complet. En s'appuyant sur une plate-forme de modélisation à haut niveau, celui-ci analyse les coûts d'implémentation des tâches et leur exécution sur les différentes ressources disponibles (processeur ou région configurable). Les solutions offrant les meilleures performances en fonction des contraintes de conception sont retenues pour être exploitées. / The use of reconfigurable accelerators when designing heterogeneous system-on-chip has the potential to increase performance and reduce energy consumption. Indeed, these accelerators are commonly a adjunct to one (or more) processor(s) and unload intensive computations and treatments. The concept of dynamic reconfiguration, supported by some FPGA vendors, allows to consider more flexible systems including the ability to sequence the execution of accelerators on the same silicon area, while reducing resource requirements. However, dynamic reconfiguration may impact overall system performance and it is hard to estimate the impact of configuration decisions on energy consumption.. The main objective of this thesis is to provide an exploration methodology to assess the impact of implementation choices of tasks of an application on a system-on-chip containing a dynamically reconfigurable resource, to optimize the energy consumption or the processing time. Therefore, we have established consumption models of reconfigurable components, particularly FPGAs, which assists the designer. Using a measurement methodology on Virtex-5, we first show the possibility to generate hardware accelerators of various sizes, execution time and energy consumption. Then, in order to quantify the implementation costs of these accelerators, we build three power models of the dynamic and partial reconfiguration. Finally, from these models, we develop an algorithm for the exploration of implementation and allocation possibilities for a complete system. Based on a high-level modeling platform, the implementation costs of the tasks and their performance on various resources (CPU or reconfigurable region) are analyzed. The solutions with the best characteristics, based on design constraints, are extracted.

L’écologie territoriale est un champ de recherche qui propose d’analyser le fonctionnement d’un territoire sous l’angle des flux de matières et d’énergie qui le traversent et le caractérisent. Cette analyse est notamment menée à travers le concept du métabolisme territorial. Sous cet angle, les flux sont envisagés à la fois dans leur dimension matérielle et à la lumière des systèmes d’acteurs et des enjeux socio-économiques et politiques qui les influencent. L’écologie territoriale tend en cela à mettre en exergue des leviers de transition socio-écologique à l’échelle des territoires.Cette thèse propose la mise à l’épreuve de ces concepts à travers un terrain d’étude situé dans la moyenne vallée du Rhône. En remontant à la fin du XVIIIe siècle, la recherche souligne tout d’abord comment se met en place, à l’échelle de celui-ci, un régime socio-écologique fondé sur l’industrie et les infrastructures lourdes. Ensuite, à partir de l’analyse de quatre types de flux (énergétiques, hydriques, toxiques, alimentaires), la thèse propose de caractériser la manière dont ce régime se matérialise aujourd’hui dans le métabolisme. Ce métabolisme est alors qualifié d’intensif et de toxique – par l’intensité et la toxicité des flux mis en jeu – ainsi que d’absorbant – en ce qu’il assure des fonctions métaboliques répondant aux besoins d’autres territoires (traitement de déchets, production alimentaire). Les caractéristiques de ce métabolisme impliquent alors une faible capacité des acteurs locaux (habitants, acteurs publics, agriculteurs) à agir sur les flux pour leur réduction ou leur transformation. Pourtant, dans un contexte de mutations des systèmes productifs et de résidentialisation, plusieurs initiatives émergent de ces mêmes acteurs locaux pour comprendre et agir sur les flux de matière et d’énergie, dans une perspective de développement territorial durable. Celles-ci conduisent à des formes de remise en question des équilibres de pouvoir existants mais le régime socio-écologique industriel persiste, en partie en ce que les verrous qui le structurent et l’auto-entretiennent ne sont pas questionnés. / Territorial ecology is a research field which proposes to analyse the functioning of a territory under the perspective of the flows of matter and energy which passes by and characterize it. This analysis is particularly led through the concept of territorial metabolism. Through this lens, flows are considered in their material dimension but also under the light of the actor systems and of the political and socio-economic issues which influence them. Thus, territorial ecology tends to underline socio-ecological transition levers on the scale of territories.This thesis proposes to test these concepts through a field study in the mid Rhône valley. Looking back to the end of the 18th century, the research firstly underlines how a socio-ecological regime is progressively set around the industry sector and the heavy infrastructures at the scale of the territory. Then, the thesis describes how this regime gets materialized into today’s metabolism through the analysis of four different kinds of flows (energy, water, toxic elements, food). This metabolism is described as intensive and toxic – according to the level of intensity and toxicity of the flows at stake – as well as absorbing – in the way it deals with other territories’ metabolic functions (waste management, food production). These properties of the Rhône-Médian’s metabolism implicate limited capacity for local actors (inhabitants, public actors, farmers) to act towards the reduction or the transformation of these flows. However, within a context of change in production systems and of residentialisation, several local initiatives emerge. Through this process, local actors gain a better understanding and better capabilities to act on the flows of energy and matter in order to engage with sustainable territorial development. These local initiatives lead to several forms of reassessment of existing power relationships but the industrial socio-ecological regime remains, partly because some lock-ins which structure and self-sustain this regime are not questioned.

Cette thèse projetait d’étudier à la fois l’hydrodynamique et le transfert de masse dans les colonnes de pulvérisation et les colonnes à bulles, et de comparer leurs consommations de puissance spécifiques afin d’élaborer la directive de sélection pour les utilisations industrielles. Les résultats ont indiqué que la colonne à bulles avait une surface interfaciale spécifique plus grande que la colonne de pulvérisation lorsqu’on utilise un faible taux de charge de gaz. Dans cette plage de fonctionnement, la colonne à bulles produisait un coefficient de transfert de masse global plus élevé avec la même consommation d'énergie spécifique. Cependant, lorsqu’elle fonctionnait à un taux de charge de gaz élevé, la colonne de pulvérisation était meilleure que la colonne à bulles, car celle-ci consommait une plus grande consommation d’énergie, la chute de pression de la colonne à bulles étant principalement due au débit de gaz. En outre, cette recherche a également étudié l'effet de la phase solide sur l'hydrodynamique et le transfert de masse dans la colonne à bulles et la colonne de pulvérisation. En utilisant la méthode colorimétrique de l'expérience «bouteille rouge», il a été constaté que la collision bulle-particules diminuait le transfert de masse des bulles car la collision ralentissait les bulles, en particulier pour les petites bulles, du fait que la petite bulle perdait simplement leur vitesses de la collision. Cependant, l’introduction des particules présentait un avantage, car les particules solides pouvaient obstruer la bulle en hausse et réduire sa vitesse de montée. En conséquence, le temps de contact entre le gaz et le liquide est augmenté et conduit à une plus grande rétention de gaz, une zone interfaciale spécifique et donc un transfert de masse. / This thesis projected to investigate both hydrodynamics and mass transfer in both spray and bubble columns and comparing their specific power consumptions in order to develop the selection guideline for industrial usages. The results indicated that the bubble column had larger specific interfacial area than the spray column when using a small gas loading rate. At this range of operation, the bubble column yielded a higher overall mass transfer coefficient with the same specific power consumption. However, when operating at high gas loading rate, the spray column was the one better than the bubble column since the bubble column consumed larger power consumption as the pressure drop of the bubble column was mostly due to the gas flow. In addition, this research also studied the effect of the solid phase on the hydrodynamics and mass transfer in the bubble column and spray column. By using the colorimetric method of “red bottle” experiment, it was found that the bubble-particles collision diminished the mass transfer of bubbles because the collision slowed down the bubbles especially for the small bubbles due to the fact that the small bubble simply lost their velocities from the collision. However, there was an advantage of introducing the particles since solid particles could obstruct the rising bubble and reduced its rising velocity. Consequently, the contact time between gas and liquid is increased and resulted in a higher gas hold up, specific interfacial area and thus mass transfer.

Pour mettre en place des stratégies d’écoconception, il est nécessaire d’évaluer la performance environnementale. L’emploi d’Indicateurs de Performance Environnementale (IPE) est un bon moyen pour y parvenir. Ces IPE doivent être adaptés aux différents acteurs de la chaine de valeur, internes et externes à l’entreprise, susceptibles d’être impliqués dans l’amélioration de la performance environnementale pour qu’ils soient efficaces. Ces différents acteurs ont des besoins différents en matière d’information (détails, type d’information) et ces besoins peuvent être contradictoires. Nous proposons, dans ces travaux, une méthode de sélection des IPE prenant en compte les acteurs de la chaîne de valeur et leurs besoins. Une fois les IPE définis, ils doivent permettre d’évaluer la situation, de définir des stratégies d’écoconception et de suivre l’évolution de la performance environnementale. Pour certains produits consommateurs d’énergie en phase d’utilisation, le scénario d’usage peut faire varier de manière importante la performance environnementale. Un focus est donc fait sur la mise en place de stratégies d’éco-utilisation. Il est nécessaire que les stratégies mises en place permettent aux clients/utilisateurs de diminuer leurs impacts environnementaux et à l’entreprise de prendre un avantage concurrentiel tout en améliorant la performance environnementale de ses produits. Dans ces travaux, cela se traduit par : 1) l’adaptation d’outils d’écoconception existant pour l’intégration des acteurs de la chaîne de valeur ; 2) la définition d’une méthode de diagnostic personnalisé de l’usage des produits. Ces méthodes ont été appliquées et validées sur le cas d’étude des unités de réfrigération pour le transport routier à température dirigée. / To implement ecodesign strategies, it is necessary to evaluate the environmental performance. The use of Environmental Performance Indicators (EPI) is a good way to achieve this. These EPI, to be effective, must be adapted to the various value chain actors, internal and external to the company, susceptible to be involved in the improvement of the environmental performance. These different actors have different needs regarding information (details, type of information) and these needs may be contradictory. In this work, we propose a method for selecting EPI that take into account the value chain actors and their needs. Once the EPI have been defined, they must be able to assess the situation, define ecodesign strategies and monitor the evolution of environmental performance. For some energy-using products, the usage scenario can significantly vary the environmental performance. A focus is thus put on the development of sustainable behavior strategies. It is necessary that the strategies put in place allow customers/users to reduce their environmental impact and that the company takes a competitive advantage while improving the environmental performance of its products. In this study, this is reflected in: 1) the adaptation of existing ecodesign tools for the integration of value chain actors; 2) the definition of a method of personalized diagnosis of the use of products. These methods have been applied and validated by the case study of road transport refrigeration units.

L’ubiquité des terminaux intelligents équipés de capteurs a donné naissance à un nouveau paradigme de collecte participative des données appelé Crowdsensing. Pour mener à bien les tâches de collecte, divers défis relatifs à l’implication des participants et des demandeurs de services doivent être relevés. Dans ce contexte, nous abordons quatre questions majeures inhérentes à ce problème: Comment affecter les tâches de collecte afin de maximiser la qualité des données d’une façon éco-énergétique ? Comment minimiser le temps nécessaire à la collecte et au traitement des tâches? Comment inciter les participants à dédier une partie de leurs ressources pour la collecte? et Comment protéger la vie privée des participants tout en préservant la qualité des données reportées ? Tout d’abord, nous nous intéressons au fait que les ressources énergétiques des terminaux mobiles restent limitées. Nous introduisons alors des modèles de déploiement de tâches qui visent à maximiser la qualité des données reportées tout en minimisant le coût énergétique global de la collecte. Ainsi, notre première contribution se matérialise en un modèle d’allocation appelé, QEMSS. QEMSS définit des métriques de qualité de données et cherche à les maximiser en se basant sur des heuristiques utilisant la recherche taboue. De plus, afin de rendre le processus d’allocation résultante plus équitable, nous faisons appel à un deuxième algorithme, F-QEMSS, extension de QEMSS. Les deux solutions ont permis d’obtenir des niveaux de qualité de données compétitifs principalement dans les situations défavorables des zones de faible densité ou de ressources limitées. En outre, afin de minimiser le temps moyen de collecte et de traitement des données, une deuxième phase d’allocation distribuée est ajoutée. Plus précisément, nous proposons dans cette deuxième contribution de désigner des participants responsables de déléguer des tâches. Ces derniers prédisent le comportement d’autres utilisateurs en termes de mobilité et de préférences de collecte. Par conséquent, nous développons deux types d’allocation; MATA qui ne tient compte que de la mobilité et P-MATA qui tient compte à la fois de la mobilité et des préférences des participants. Les deux allocations démontrent que l’estimation des préférences des utilisateurs minimise le temps de collecte et évite le rejet des tâches. La troisième contribution de cette thèse, IP-MATA+, propose des incitations aux participants, ce qui favorise leur engagement aux campagnes de collecte notamment quand le budget dédié est partagé en fonction de la qualité des contributions. Pour finir, nous considérons la problématique de la vie privée des participants au crowdsensing. Particulièrement, nous ciblons la minimisation du risque de divulgation de la vie privée durant la phase du déchargement tout en veillant à l’utilité des données collectées. Ainsi, la quatrième contribution de cette thèse vise à assurer simultanément deux objectifs concurrents, à savoir assurer l’utilité des données nécessaire aux demandeurs et protéger les informations sensibles des participants. Pour ce faire, nous introduisons une entité de confiance dans le système de collecte ayant pour rôle d’exécuter un mécanisme qui génère une version altérée de la donnée collectée qui répond au compromis de protection et d’utilité. La solution développée, appelée PRUM, a été évaluée sur des datasets de collecte participative en variant les scénarios d’attaque et de déchargement des données. Les résultats obtenus prouvent qu’une altération limitée des données collectées peut assurer une protection des informations sensibles des participants tout en préservant environ 98% de l’utilité des données obtenue pour les demandeurs. Pour conclure, nos contributions abordent diverses problématiques complémentaires inhérentes à la collecte participative des données ouvrant la voie à des mises en œuvre réelles et facilitant leur déploiement / The ubiquity of sensors-equipped mobile devices has enabled people to contribute data via crowdsensing systems. This emergent paradigm comes with various applications. However, new challenges arise given users involvement in data collection process. In this context, we introduce collaborative sensing schemes which tackle four main questions: How to assign sensing tasks to maximize data quality with energy-awareness? How to minimize the processing time of sensing tasks? How to motivate users to dedicate part of their resources to the crowdsensing process ? and How to protect participants privacy and not impact data utility when reporting collected sensory data ? First, we focus on the fact that smart devices are energy-constrained and develop task assignment methods that aim to maximize sensor data quality while minimizing the overall energy consumption of the data harvesting process. The resulting contribution materialized as a Quality and Energy-aware Mobile Sensing Scheme (QEMSS) defines first data quality metrics then models and solves the corresponding optimization problem using a Tabu-Search based heuristic. Moreover, we assess the fairness of the resulted scheduling by introducing F-QEMSS variant. Through extensive simulations, we show that both solutions have achieved competitive data quality levels when compared to concurrent methods especially in situations where the process is facing low dense sensing areas and resources shortcomings. As a second contribution, we propose to distribute the assignment process among participants to minimize the average sensing time and processing overload com- pared to a fully centralized approach. Thus, we suggest to designate some participants to carry extra sensing tasks and delegate them to appropriate neighbors. The new assign- ment is based on predicting users local mobility and sensing preferences. Accordingly, we develop two new greedy-based assignment schemes, one only Mobility-aware (MATA) and the other one accounting for both preferences and mobility (P-MATA), and evaluate their performances. Both MATA and P-MATA consider a voluntary sensing process and show that accounting for users preferences minimize the sensing time. Having showing that, our third contribution in this thesis is conceived as an Incentives-based variant, IP-MATA+. IP-MATA+ incorporates rewards in the users choice model and proves their positive impact on enhancing their commitment especially when the dedicated budget is shared function of contributed data quality. Finally, our fourth and last contribution addresses the seizing of users privacy concerns within crowdsensing systems. More specifically, we study the minimization of the incurred privacy leakage in data uploading phase while accounting for the possible quality regression. That is, we assess simultaneously the two competing goals of ensuring queriers required data utility and protecting participants’ sensitive information. Thus, we introduce a trust entity to the crowdsensing traditional system. This entity runs a general privacy-preserving mechanism to release a distorted version of sensed data that responds to a privacy-utility trade-off. The proposed mechanism, called PRUM, is evaluated on three sensing datasets, different adversary models and two main data uploading scenarios. Results show that a limited distortion on collected data may ensure privacy while maintaining about 98% of the required utility level.The four contributions of this thesis tackle competing issues in crowdsensing which paves the way at facilitating its real implementation and aims at broader deployment