Le but de la thèse est d’améliorer les simulations de foule dans des situations complexes. Notamment, de comprendre comment les êtres humains naviguent en évitant les collisions avec plusieurs personnes. Pour cela, des expériences furent menées avec l’aide de la réalité virtuelle avec des participants qui devaient naviguer dans un environnement peuplé de plusieurs individus. Les données récoltées durant ces expériences ont été analysées, notamment les trajectoires et les adaptations effectuées par les participants pour éviter des collisions. Le regard des participants a aussi été étudié pour comprendre comment un être humain choisie avec qui interagir. Ces analyses ont permis de mieux comprendre comment les êtres humains réagissent face à des situations complexes. Enfin, avec l’aide de ces analyses, des algorithmes ont été créés pour reproduire la navigation des êtres humains et simulé des foules avec de nombreux humains virtuelles se comportant comme des vrais êtres humains. / The goal of this thesis has been to improve crowd simulation for complex situations. Especially, we tried to understand how humans combine many interactions, during the avoidance of multiple targets for example, and to model this combination process. Some experiments have been performed using Virtual Reality with participants navigating through a heavy populated environment. Data have been recorded and analyzed, especially the trajectories and adaptations made by participants to avoid collisions. The gaze of the participants has also been studied to better understand how humans select the target to interact with. These analyses have helped us better understand how human interact during complex situations. Using these results, algorithms have been designed to reproduced human like navigation and simulate crowd with many virtual human acting like real one.

Nous présentons une étude expérimentale de la dynamique d'une sphère près d'une paroi texturée dans un fluide visqueux. Le déplacement de la sphère est mesuré par interférométrie laser à haute fréquence. La texture consiste en un réseau de micro-piliers, dont on fait varier les paramètres géométriques (hauteur et concentration) sur une large gamme, afin d'étudier leur influence sur la dynamique d'approche, de collision et de rebond de la sphère. A petit nombre de Reynolds, la vitesse d'approce de la sphère est augmentée comparativement au cas d'une paroi lisse, en raison de la modification de la force de lubrification par la texture. Cette modification est décrite par plusieurs modèles hydrodynamiques. Une longueur effective de glissement au-dessus du réseau de piliers est mesurée. A nombre de Stokes modéré, l'inertie de la sphère n'est pas négligeable, et elle peut se coller ou rebondir sur les piliers. La dynamique de collage présente différents régimes qui sont modélisés en tenant compte de la modification de traînée par la texture. Le nombre de Stokes critique pour la transition de rebond est modifié par la texture. La dynamique des micro-rebonds est caractérisée. Enfin, la dynamique de contact sphère-piliers est décrite par une loi de Hertz modifiée prenant en compte la géométrie de la texture. / We investigate experimentally the dynamics of a sphere near a textured wall in a viscous fluid. High frequency laser interferometry is used to measure small displacements of the sphere. The texture is comprised of arrays of micro-pillars, whose geometrical parameters are systematically varied in order to study their influence of the dynamics of approach, collision and rebound of the sphere. Under creeping flow conditions, the sphere velocity near the textured wall is increased compared to the case of a smooth wall, as a result of the modification of the lubrication force due to the texture. We describe this modification using several hydrodynamic models. An effective slip length over the pillar array is measured. At moderate Stokes number the sphere inertia is non-negligible and the sphere can either stick or bounce off the wall. The sticking dynamics exhibit several regimes which can be described by taking into account the modification of the lubrication force by the texture. The micro-pillars modify the critical Stokes number for the bouncing transition. The micro-rebounds are characterized. Finally, the contact dynamics between the sphere and the pillars are described by a Hertz law modified by the texture geometry.

Le dispositif expérimental original développé à Toulouse permet de contrôler les collisions entre un agrégat chargé, libre, thermalisé, sélectionné en masse et des molécules. Il permet d'étudier l'attachement de la molécule sur l'agrégat ou la fragmentation induite par collision. Afin de mieux comprendre les processus d'attachement d'une molécule sur un agrégat, nous avons mesuré les sections efficaces d'attachement de molécules d'alcool, méthanol et éthanol, sur des agrégats d'alcool. Nous avons pu observer un comportement similaire aux agrégats d'eau, c'est à dire des sections efficaces d'attachement inférieures à la section efficace géométrique aux petites tailles qui tendent vers cette section géométrique quand la taille augmente. Ce comportement avait été attribué pour l'eau à un effet dynamique. Ce modèle dynamique peut être étendu avec un bon accord qualitatif aux agrégats d'alcools. Les processus d'attachement et de fragmentation nous permettent de réaliser des expériences de nanocalorimétrie. Nous avons pu déterminer les capacités calorifiques et les températures de transition de phase dans des agrégats d'eau protonés (H2O)nH+, qui viennent compléter les mesures effectuées sur les agrégats déprotonés (H2O)n-1OH-. La nature de la transition est discutée. Un troisième volet de cette thèse concerne la fragmentation induite par collision de molécules d'intérêt biologique : l'uracile protoné, isolé ou hydraté. Nous avons observé les différentes voies de fragmentation de l'uracile protoné. L'influence du nombre de molécules d'eau hydratant la molécule d'uracile sur le spectre de fragmentation est liée à l'affinité protonique des constituants et à la structure de l'agrégat. / The experimental set-up developed in Toulouse enables to control collisions between a charged thermalised mass-selected free cluster and molecules. Processes of attachement of the molecule onto the cluster and collision induced fragmentation can be studied. In order to better understand the process of attachment of a molecule onto a cluster, we have measured attachment cross-sections of alcohol molecules, methanol and ethanol, onto alcohol clusters. We have observed a similar behaviour as the one observed with water clusters, that is attachment cross-sections that are lower than the geometrical cross-section at small sizes and that converge to this geometrical cross-section at bigger sizes. This behaviour had been assigned to a dynamical effect in the case of water. This dynamical model can be extended with a good qualitative agreement to alcohol clusters. Processes of attachment and fragmentation enable to realise nanocalorimetry measurements. We have determined heat capacities and transition temperatures for protonated water clusters (H2O)nH+. They complete measurements already done for deprotonated water clusters (H2O)n-1OH-. The nature of the phase transition is discussed. The last part of this dissertation concerns collision induced fragmentation for molecules that has some biological interest : protonated uracil, bare or hydrated. Fragmentation pathways of the protonated uracil molecule has been observed. The influence of the number of water molecules on the fragmentation pattern of solvated uracil is linked to the proton affinity of the constituants and to the cluster structure.

Dans cette thèse expérimentale, on s'intéresse aux collisions de gouttes mettant en jeu des interfaces asymétriques, soit deux gouttes constituées de liquide différent ou des gouttes de taille différente et recouvertes (ou non) d'une couche de particules hydrophobes. Dans une première partie, on étudie les collisions de gouttes de liquide immiscible. L´asymétrie de tels systèmes repose alors sur le contraste des propriétés des deux liquides : la tension de surface, la viscosité et la densité. Le résultat de ces collisions est une encapsulation totale d'un liquide par un autre ou une encapsulation suivie d'une fragmentation. On s´attache à décrire les régimes observés et à établir des lois permettant de prédire les limites de fragmentation de l'objet obtenu. La seconde partie est consacrée aux interfaces couvertes de particules hydrophobes. Pour ces systèmes, l'asymétrie réside à la fois dans la présence des particules sur une interface et pas sur l'autre et dans le contraste de taille entre les objets étudiés. Ainsi, on considère l'impact entre une petite goutte (recouverte ou non de particules) et une très grosse goutte (recouverte ou non de particules). On caractérise tout d'abord les propriétés mécaniques de ces interfaces via la propagation d'ondes de surface, notamment en terme de tension de surface effective et de module de courbure. Puis, on sonde, dans différentes situations d´impact, la robustesse de ces objets afin d'évaluer la capacité de ces couches particulaires à prévenir la coalescence / In this experimental thesis, we are interested in droplets collisions involving asymmetric interfaces. We consider either two droplets made of different liquids or droplets of different sizes, coated (or not) by a monolayer of hydrophobic particles.In a first part, collisions of droplets made of immiscible liquids are studied. The asymmetry of such systems relies on the contrast of the two liquids properties : surface tension, viscosity and density. The outcome of those collisions is a full encapsulation of one liquid by the other one which can be followed by a fragmentation. We pay attention to describe the observed regimes and to establish a scaling law to predict the fragmentation limits of the resulting object. The second part is dedicated to interfaces covered by hydrophobic particles. For those systems, the asymmetry is due to both the interaction of a covered interface with a non covered one and to the size contrast between the objects studied. Studying the propagation of capillary waves, we first characterize the mechanical properties of such interfaces : effective surface tension and modulus of curvature. Further on, we probe, using different impacts configurations, the robustness of those covered objects with the aim of estimating the ability of the particles monolayer to prevent coalescence

Les Pyrénées sont une chaîne plissée à double vergence déversée vers le Sud. Elles se sont érigées suite à l’inversion au Crétacé Supérieur de domaines hyper-étirés au Crétacé Inférieur et à la collision des plaques continentales ibérique et européenne à l’Eocène-Oligocène. Cependant, l’évolution thermique de ces domaines hyper-étirés pendant l’inversion, de même que l’impact de cet héritage thermique extensif sur la formation du prisme orogénique, sont à ce jour peu ou pas contraints.La Zone Nord-Pyrénéenne (ZNP) a préservé de nombreux marqueurs de cette hyper-extension (manteau sous-continental exhumé, métamorphisme HT-BP) ce qui en fait une zone d’étude tout à fait adaptée pour aborder ces questions. Pour apporter des contraintes à la fois thermiques et temporelles sur l’évolution de ces domaines, plusieurs méthodes de datation thermochronologique basse-température ((U-Th-Sm)/He et traces de fission sur apatites et zircons) ont été utilisées.Pendant l’extension, le bassin de Mauléon (à l’Ouest de la ZNP) a enregistré la mise en place d’un fort gradient thermique (~80°C/km), associé à l’amincissement extrême de la lithosphère sous-jacente. Le bassin est resté chaud même après le début de la convergence pendant 20-30 Ma. Cette anomalie thermique est encore plus forte au centre de la ZNP au Sud de la région Ariège. Les données obtenues sur les unités moins déformées au Nord de la région indiquent que ces domaines moins étirés enregistrent du refroidissement associé à de la dénudation et conservent leur architecture au cours de la convergence et de la collision. / The Pyrenees are a double vergent fold and thrust belt. The Pyrenean belt resulted from the inversion and the collision of previously hyper-extended domains of the Iberian and European plates from the Late Cretaceous to the Late Oligocene. However, what is the thermal evolution of such inverted hyper-extended domains, as well as the influence of this extensional thermal inheritage on the orogenic growth, are poorly constrained.The North Pyrenean Zone (NPZ) is characterized by numerous preserved evidences of this hyper-extension (exhumation of sub-continental mantle material, high temperature-low pressure metamorphism). We bring time and temperature constraints on the evolution of these hyper-extended domains from rifting to collision, by using low-temperature thermochronology ((U-Th-Sm)/He and fission track analyses on apatites and zircons).The Mauléon basin (western part of the NPZ) recorded a high geothermal gradient emplaced during extension due to the extreme thinning of the lithosphere below. The basin remained hot even during the beginning of the convergence. Cooling is only recorded during the main phase of orogenic growth. The imprint of this thermal anomaly is stronger farther to the east, in the central NPZ (Ariège area). Here, the hyper-extended domain is not well preserved, because of a higher amount of shortening. New thermochronological and structural data on the relatively less deformed units to the North revealed cooling during extension, related to denudation. Moreover, these domains conserved their extensional architecture during convergence and collision.

The thesis describes the problems of a complex system for analysis of road accidents, specifically the methodology for solving the collision between vehicle and motorcycle. There are statistics described motorcycle accidents, motorcycle safety features, the basic types of collision positions between vehicles and motorcycles, design methodology for solving with traffic accidents between vehicles and motorcycles. The work is performed a set of different measurements used to supplement and refine the input data for the analysis of road accidents involving motorcycles. The work contains data obtained from measurements.

In present road traffic system, drone-network based traffic monitoring using the Internet of Vehicles (IoVs) is a promising solution. However, camera-based traffic monitoring does not collect complete data, cover all areas, provide quick medical services, or take vehicle follow-ups in case of an incident. Drone-based system helps to derive important information (such as commuter's behavior, traffic patterns, vehicle follow-ups) and sends this information to centralized or distributed authorities for making traffic diversions or necessary decisions as per laws. The present approaches fail to meet the requirements such as (i) collision free, (ii) drone navigation, and (iii) less computational and communicational overheads. This work has considered the collision-free drone-based movement strategies for road traffic monitoring using Software Defined Networking (SDN). The SDN controllable drone network results in lesser overhead over drones and provide efficient drone-device management. In simulation, two case studies are simulated using JaamSim simulator. Results show that the zones-based strategy covers a large area in few hours and consume 5 kWs to 25 kWs energy for 150 drones (Case study 1). Zone-less based strategies (case study-2) show that the energy consumption lies between 5 kWs to 18 kWs for 150 drones. Further, the use of SDN-based drones controller reduces the overhead over drone-network and increases the area coverage with a minimum of 1.2% and maximum of 2.6%. Simulation (using AnyLogic simulator) shows the 3D view of successful implementation of collision free strategies.

Dans le milieu interstellaire, parmi les 200 molécules observées, les hydrocarbures sont présents en abondance. La formation des hydrocarbures CHy(+) se fait entre un C+ et un atome d'hydrogène ou une molécule. Par la suite, ces hydrocarbures réagissent entre eux pour former des hydrocarbures plus gros. Ils sont donc les précurseurs de tous les hydrocarbures présents dans le milieu interstellaire ; il est par conséquent nécessaire de les étudier en détail. Ces hydrocarbures CHy(+) sont soumis à divers processus physiques dans le milieu interstellaire notamment la collision avec un électron, l'absorption d'un photon ultraviolet ou d'un rayon cosmique. Ils vont être excités par ces processus et gagner un excès d'énergie qu'ils vont libérer par fragmentation, ce qui a pour conséquence de redistribuer les espèces. Des simulations précises dans la chimie du milieu interstellaire nécessitent donc une connaissance précise des taux de réaction et des rapports de branchement de fragmentation. Afin de documenter tous ces rapports de branchement, peu importe le processus physique ou chimique mis en jeu, nous avons construit expérimentalement des « breakdown curves » semi-empiriques qui sont les rapports de branchement des voies de fragmentation en fonction de l'énergie interne déposée lors du processus.L'expérience a été réalisée en utilisant le multi détecteur silicium AGAT et l'accélérateur ANDROMEDE. Les molécules CHy(+) produites à haute vitesse (3 u.a) collisionnent avec des atomes d’Hélium au repos dans le référentiel du laboratoire. Le dispositif expérimental permet de détecter tous les fragments, même les neutres, et de résoudre toutes les voies de fragmentation. Nous avons mesuré les rapports de branchement de fragmentation des CHyq+ (y=2-4, q=0-3) et les distributions d'énergie cinétique des fragments neutres.A partir des rapports de branchement, des distributions d'énergie cinétique et des énergies de dissociation théorique, nous avons construit les breakdown curves qui se sont révélés en bon accord avec des rapports de branchement expérimentaux déjà existant dans la littérature pour la photodissociation, la recombinaison dissociative et les collisions électroniques. Enfin, un modèle a été développé pour prédire les rapports de branchement de réactions chimiques ainsi que leur évolution avec la température. / In the interstellar medium, among the 200 molecules observed, the hydrocarbons are in abundance. The formation of hydrocarbons CHy(+) is done between a C+ and a hydrocarbon atom or molecule. Thereafter, these hydrocarbons are reacting between them to form bigger hydrocarbons. Therefore, they are the precursor of all the hydrocarbons present in the interstellar medium, so it is necessary to study them in details. These hydrocarbons CHy(+) are under a lot of different physical processes in the interstellar medium including the collision with an electron, the absorption of an ultra violet photon or a cosmic ray. They will be excited by these processes and gain excess energy they will liberate by fragmentation which leads to a redistribution of species. Therefore, a precise knowledge of the rate of reaction and of the branching ratios of the fragmentation is needed to do specific simulations in the chemistry of the interstellar medium. In order to document all these branching ratios, no matter the physical or chemical process at stake, we experimentally built semi-empirical breakdown curves which are the branching ratios of the paths of fragmentation as a function of the internal energy of the molecule.The experiment was done using the AGAT silicon multi-detector and the ANDROMEDE accelerator. CHy(+) molecules produced at high velocity (3 u.a.) are collided with He atom at rest in the lab. Thanks to the experimental developments, all fragments, neutral or charged, are separately identified, allowing to resolve all fragmentation channels. Therefore, we have been able to measure fragmentation branching ratios for CHyq+ (y=2-4, q=0-3) and the kinetic energy distributions of the neutral fragments.From the branching ratios, the kinetic energy distributions and the theoretical dissociation energies we built BDCs that revealed to be in accordance with the experimental branching ratios which already exists in the literature concerning the photo dissociation, the dissociative recombination and the electronic collisions. Finally, a model has been developed to predict the chemical reactions of the branching ratios as well as to predict their evolution with the temperature.

As human populations continue to grow and encroach into wildlife habitats, instances of human-wildlife conflict are on the rise. Increasing numbers of reported wildlife-vehicle collisions (WVCs) provide tangible evidence of anthropogenic impacts on wildlife as well as increasing threats to human health and safety. Increasing WVCs are of particular concern, especially those involving large-bodied ungulates such as moose (Alces spp.), because of the increased risk of property damage, personal injuries, and human fatalities. Motorists directly involved in a WVC are at risk of injury or mortality, but other motorists are also put at risk due to road obstructions and traffic congestion associated with WVCs. Mitigating these impacts on motorists and wildlife requires investigation into the temporal and spatial factors leading to WVCs. In Alaska, most WVCs involve moose (Alces alces), a large bodied ungulate capable of threatening human life when involved in a collision. Each moose-vehicle collision (MVC) in Alaska is estimated to cost $33,000 in damages. With this analysis, I analyzed the plethora of factors contributing to moose and motorist occurrence on the road system and motorist detection based on a historical dataset of MVC reports throughout Alaska from 2000 to 2012 and a dataset of field-derived measurements at MVC locations within the Matanuska-Susitna Borough from 2016 to 2018. My first analysis focused on the daily and annual trends in MVC rates as compared to expected moose and human behavioral patterns with a focus on guiding mitigation strategies. Fifty percent of the MVCs reported between 2000 and 2012 occurred where the commuter rush hours overlapped with dusk and dawn in winter, and the artificial lighting differences between boroughs suggest a link between artificial lighting and reduced MVCs. To focus more specifically on roadside features contributing to MVC risk, I collected and analyzed local and regional scale land cover and road geometry data at reported MVC sites in an area with a rapidly growing human population. I compared these data to similar data collected at random locations near documented MVC sites and at locations where moose that were fitted with global-positioning system (GPS) transmitters crossed highways. I used generalized additive mixed models to delineate which of the variables impacted the risk of both moose road crossings and MVCs. Moose road crossings were influenced by approximations of spatial, seasonal, and daily moose density as well as the proportion of deciduous-coniferous and coniferous forest in the area and the number of possible corridor or land cover types surrounding the site. The best MVC risk model was described by expected seasonal and daily changes in moose density and local scale measurements, including the sinuosity of the road, the height of vegetation near the road, and the angle between the road surface and the roadside. Together this information should guide transportation and urban planners in the Matanuska-Susitna Borough to use roadside vegetation removal, seasonal speed reduction, improved lighting strategies, dynamic signage, or partnerships with mobile mapping services to reactively reduce MVCs and to focus future road planning in areas with lower moose abundance and build roads that increase visibility and detection distances in areas where moose are common.

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(農学) / 甲第22784号 / 農博第2427号 / 新制||農||1081(附属図書館) / 学位論文||R2||N5304(農学部図書室) / 京都大学大学院農学研究科地域環境科学専攻 / (主査)教授 飯田 訓久, 教授 近藤 直, 教授 中嶋 洋 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Agricultural Science / Kyoto University / DFAM