L’étude des écoulements souterrains et l’ingénierie réservoir partagent le même intérêt pour la simulation d’écoulement multiphasique dans des sols aux propriétés intrinsèquement hétérogènes. Elles rencontrent également les mêmes défis pour construire un modèle à l’échelle réservoir en partant de données micrométriques tout en contrôlant la perte d’informations. Ce procédé d’upscaling est utile pour rendre les simulations faisables et répétables dans un cadre stochastique. Deux processus de mise à l’échelle sont définis: l’un depuis l’échelle micrométrique jusqu’à l’échelle de Darcy, et, un autre depuis l’échelle de Darcy vers l’échelle du réservoir. Dans cette thèse, un nouvel algorithme traitant du second upscaling Finite Volume Mixed Hybrid Multiscale Method (FV-MHMM) est étudié. L’extension au diphasique est faite au moyen d’un couplage séquentiel faible entre saturation et pression grâce à une méthode de type IMPES. / The groundwater specialists and the reservoir engineers share the same interest in simulating multiphase flow in soil with heterogeneous intrinsic properties. They also both face the challenge of going from a well-modeled micrometer scale to the reservoir scale with a controlled loss of information. This upscaling process is indeed worthy to make simulation over an entire reservoir manageable and stochastically repeatable. Two upscaling steps can be defined: one from the micrometer scale to the Darcy scale, and another from the Darcy scale to the reservoir scale. In this thesis, a new second upscaling multiscale algorithm Finite Volume Mixed Hybrid Multiscale Methods (Fv-MHMM) is investigated. Extension to a two-phase flow system is done by weakly and sequentially coupling saturation and pressure via IMPES-like method.

Le réseau électrique a subi d’importantes évolutions ces dernières décennies, pour devenir ce qu’on appelle le Smart Grid. Le réseau électrique évolue actuellement d’une architecture centralisée vers une architecture décentralisée, tenant compte des consommations et sources d’énergies à caractère imprédictible et irrégulier. L’Advanced Metering Infrastructure est une architecture clé du Smart Grid qui permet des communications bidirectionnelles entre le consommateur et le fournisseur d’énergie. Les réseaux de compteurs intelligents qui constituent notamment cette architecture reposent communément sur des communications à courant porteur, une technologie qui est hautement sensible aux interférences. Malgré l’utilisation de protocoles de niveau 2 spécifiques, les technologies employées ne permettent pas de respecter les exigences de toutes les applications Smart grid. La plupart des technologies considérées pour les réseaux de compteurs intelligents sont de courte portée, chaque compteur ne peut communiquer directement avec le concentrateur. Les noeuds doivent collaborer entre eux, utilisant un protocole de routage tel que RPL pour atteindre la destination. Le but de cette thèse est d’adapter RPL à un environnement multi interfaces, et étudier comment l’hétérogénéité des interfaces peut améliorer la fiabilité et les performances d’un réseau de compteurs intelligents. / Since decades, the power grid is Under going a tremendous evolution, toward what is called the Smart Grid. The grid is actually evolving from a centralized architecture to a decentralized one, taking into account all the unpredictable sources and consumption. The Advanced Metering Infrastructure is the network dedicated to the Smart Grid that allows two-ways communications between the consumers and the energy providers. Smart Meters networks, that are part of this architecture, rely on powerline communications, a technology that is highly sensitive to interference. Despite dedicated layer 2 protocols, the employed technologies cannot fulfill most of smart grid applications requirements. The majority of smart meter network technology candidates are short range, each meter cannot reach the concentrator in one hop. Nodes need to collaborate, using a routing protocol like RPL to reach the destination. The goal of this thesis is to modify RPL to a multi interfaces environment, and study how interface heterogeneity could increase the reliability and the performance of a smart meter network.

Dans les analyses d'interaction sol-structure (ISS), la pratique commune en génie civil est de considérer un mouvement uniforme du champ libre à tous les points situés à la surface du sol. Néanmoins, cette considération n'est pas tout à fait réaliste parce que les signaux sismiques sont spatialement différents grâce à l'effet de passage d'ondes, à l'effet de site et aussi aux dispersions et réflexions des ondes qui propagent dans des milieux hétérogènes aléatoires ("incohérence pure"). Ainsi, pour répondre aux problèmes de sécurité des bâtiments et équipements, il est important de faire une analyse d'interaction sol-structure dans la manière plus réaliste. Cela peut être acquis par prendre en compte la variabilité spatiale du champ sismique dans les études d'ISS. Un grand nombre d'études dans la littérature montrent que la prise en compte de la variabilité spatiale du champ sismique dans les études d'ISS peut avoir des effets importants sur la réponse de structures. L'incohérence spatiale du champ sismique due aux dispersions et réflexions des ondes (incohérence pure) peut généralement être modélisée pour ce genre d'études dans le cadre probabiliste par une fonction de cohérence. Le but principal des études réalisées dans cette thèse de doctorat est de construire une description stochastique de la variabilité spatiale du champ sismique par un modèle de cohérence. Ce modèle devrait avoir une relation avec les propriétés physiques et statistiques de milieux considérés. En s'appuyant sur les analyses théoriques de la propagation des ondes sismiques dans des milieux hétérogènes aléatoires, les analyses des données expérimentales obtenues par des enregistrements sur des sites sismiques, ainsi que sur les modélisations numériques de propagation des ondes sismiques dans des milieux hétérogènes aléatoires, un modèle de cohérence est validé dans le cadre des études de cette thèse de doctorat pour représenter la variabilité spatiale du champ sismique dans les études d'interaction sol-structure. L'influence de la variabilité spatiale du champ sismique sur la réponse de structure est également analysée. / In seismic soil-structure interaction studies (SSI), the common practice in Civil Engineering is to consider a uniform movement of free field at any point on the ground surface. However, that assumption is not completely realistic since the seismic ground motions can vary spatially due to wave passage effects, dispersions and reflections of wave propagating in the random heterogeneous media "pure incoherence" and site effects. Therefore, in order to increase the security of buildings and equipment, it is important to do an analysis of seismic soil-structure interactions in the most realistic way. This can be achieved by taking into account the spatial variability of seismic ground motions. Several studies in the literature show that taking into account the spatial variability of seismic ground motions in SSI analyses can have remarkable effects on the structural responses. The spatial incoherence of seismic ground motions due to dispersions and reflections of wave "pure incoherence" can generally be modelled in such analysis by a "coherency function" in frequency domain. The principal goal of this Ph.D thesis is to construct a stochastic description of spatial variability of seismic ground motions by means of coherency functions. Accurately, it aims to propose a parametrical coherency model of spatial variability of seismic ground motions. This later should be related to some physical and statistical properties of the soil at the application sites so that it can be applied in any types of sites. Based on theoretical considerations on coherency of seismic wave propagation in random heterogeneous media, on experimental data analyses, and on numerical modelling of seismic wave propagation in random heterogeneous media, a coherency model is validated and proposed for the analyses of soil-structure interactions. The influence of spatial variability of seismic ground motions on the structural responses are also pointed out by using the validated coherency model.

Architectures hétérogènes sont largement utilisées dans le domaine de calcul haute performance. Cependant, le développement d'applications sur des architectures hétérogènes est indéniablement fastidieuse et sujette à erreur pour un programmeur même expérimenté. Pour passer une application aux architectures multi-cœurs hétérogènes, les développeurs doivent décomposer les données de l'entrée, gérer les échanges de valeur intermédiaire au moment d’exécution et garantir l'équilibre de charge de système. L'objectif de cette thèse est de proposer une solution de programmation parallèle pour les programmeurs novices, qui permet de faciliter le processus de codage et garantir la qualité de code. Nous avons comparé et analysé les défauts de solutions existantes, puis nous proposons un nouvel outil de programmation STEPOCL avec un nouveau langage de domaine spécifique qui est conçu pour simplifier la programmation sur les architectures hétérogènes. Nous avons évalué la performance de STEPOCL sur trois cas d'application classiques : un stencil 2D, une multiplication de matrices et un problème à N corps. Le résultat montre que : (i) avec l'aide de STEPOCL, la performance d'application varie linéairement selon le nombre d'accélérateurs, (ii) la performance de code généré par STEPOCL est comparable à celle de la version manuscrite. (iii) les charges de travail, qui sont trop grandes pour la mémoire d'un seul accélérateur, peuvent être exécutées en utilisant plusieurs accélérateurs. (iv) grâce à STEPOCL, le nombre de lignes de code manuscrite est considérablement réduit. / Heterogeneous architectures have been widely used in the domain of high performance computing. However developing applications on heterogeneous architectures is time consuming and error-prone because going from a single accelerator to multiple ones indeed requires to deal with potentially non-uniform domain decomposition, inter-accelerator data movements, and dynamic load balancing. The aim of this thesis is to propose a solution of parallel programming for novice developers, to ease the complex coding process and guarantee the quality of code. We lighted and analysed the shortcomings of existing solutions and proposed a new programming tool called STEPOCL along with a new domain specific language designed to simplify the development of an application for heterogeneous architectures. We evaluated both the performance and the usefulness of STEPOCL. The result show that: (i) the performance of an application written with STEPOCL scales linearly with the number of accelerators, (ii) the performance of an application written using STEPOCL competes with an handwritten version, (iii) larger workloads run on multiple devices that do not fit in the memory of a single device, (iv) thanks to STEPOCL, the number of lines of code required to write an application for multiple accelerators is roughly divided by ten.

Les avancées récentes des Technologies de l'Information et de la Communication (TIC) ont entraîné des transformations radicales de plusieurs secteurs de l'industrie. L'adoption des technologies du Web Sémantique a démontré plusieurs avantages, surtout dans une application de Recherche d'Information (RI) : une meilleure représentation des données et des capacités de raisonnement sur celles-ci. Cependant, il existe encore peu d’applications industrielles car il reste encore des problèmes non résolus, tels que la représentation de documents hétérogènes interdépendants à travers des modèles de données sémantiques et la représentation des résultats de recherche accompagnés d'informations contextuelles.Dans cette thèse, nous abordons deux défis principaux. Le premier défi porte sur la représentation de la connaissance relative à un corpus de documents hétérogènes couvrant à la fois le contenu des documents fortement lié à un domaine métier ainsi que d'autres aspects liés à la structure de ces documents tels que leurs métadonnées, les relations inter et intra-documentaires (p. ex., les références entre documents ou parties de documents), etc. Le deuxième défi porte sur la construction des résultats de RI, à partir de ce corpus de documents hétérogènes, aidant les utilisateurs à mieux interpréter les informations pertinentes de leur recherche surtout quand il s'agit d'exploiter les relations inter/intra-documentaires.Pour faire face à ces défis, nous proposons tout d'abord une représentation sémantique du corpus de documents hétérogènes à travers un modèle de graphe sémantique couvrant à la fois les dimensions structurelle et métier du corpus. Ensuite, nous définissons une nouvelle structure de données pour les résultats de recherche, extraite à partir de ce graphe, qui incorpore les informations pertinentes directes ainsi qu'un contexte structurel et métier. Afin d'exploiter cette nouvelle structure dans un modèle de RI novateur, nous proposons une chaine de traitement automatique de la requête de l'utilisateur, allant du module d'interprétation de requête, aux modules de recherche, de classement et de présentation des résultats. Bien que nous proposions une chaine de traitement complète, nos contributions se focalisent sur les modules de recherche et de classement.Nous proposons une solution générique qui peut être appliquée dans différents domaines d'applications métiers. Cependant, dans cette thèse, les expérimentations ont été appliquées au domaine du Bâtiment et Travaux Publics (BTP), en s'appuyant sur des projets de construction. / The recent advances of Information and Communication Technology (ICT) have resulted in the development of several industries. Adopting semantic technologies has proven several benefits for enabling a better representation of the data and empowering reasoning capabilities over it, especially within an Information Retrieval (IR) application. This has, however, few applications in the industries as there are still unresolved issues, such as the shift from heterogeneous interdependent documents to semantic data models and the representation of the search results while considering relevant contextual information. In this thesis, we address two main challenges. The first one focuses on the representation of the collective knowledge embedded in a heterogeneous document corpus covering both the domain-specific content of the documents, and other structural aspects such as their metadata, their dependencies (e.g., references), etc. The second one focuses on providing users with innovative search results, from the heterogeneous document corpus, helping the users in interpreting the information that is relevant to their inquiries and tracking cross document dependencies.To cope with these challenges, we first propose a semantic representation of a heterogeneous document corpus that generates a semantic graph covering both the structural and the domain-specific dimensions of the corpus. Then, we introduce a novel data structure for query answers, extracted from this graph, which embeds core information together with structural-based and domain-specific context. In order to provide such query answers, we propose an innovative query processing pipeline, which involves query interpretation, search, ranking, and presentation modules, with a focus on the search and ranking modules.Our proposal is generic as it can be applicable in different domains. However, in this thesis, it has been experimented in the Architecture, Engineering and Construction (AEC) industry using real-world construction projects.

De part leur grande consommation, les pièces en élastomère vulcanisé sont une source importante de déchets. Une des voies de revalorisation de ces matériaux est leur réutilisation sous forme de particules dans des composites à matrice polymère, afin de diminuer leur rigidité et d'augmenter leur résistance aux chocs de faible énergie. Cette étude est ainsi née d'une collaboration entre le LIMATB et la Technische Universität Chemnitz, qui développe ce concept de matériaux.<br /><br />L'objectif de cette étude est la caractérisation expérimentale et la modélisation du comportement mécanique de composites thermoplastiques élastomères (TPE). Ces matériaux sont composés d'une matrice en homopolymère polypropylène isotactique (PP) et de particules d'élastomère recyclées à base d'éthylène propylène diène monomère (EPDM). La nature complexe du PP nous a incité à développer un modèle micromécanique, en distinguant dans ce polymère une phase amorphe et une phase cristalline. A partir d'un motif représentatif permettant d'estimer les propriétés élastiques du PP en fonction du taux de cristallinité, un modèle micromécanique de type autocohérent généralisé est comparé à un modèle macroscopique plus simple pour décrire son comportement élastoviscoplastique. La loi de comportement des TPE est construite, via une démarche d'homogénéisation, à partir du comportement mécanique des particules d'EPDM et de la loi macroscopique déterminée pour le PP. Les prévisions des modèles sont analysées et comparées aux résultats d'essais de flexion, de traction et d'indentation. Les modèles développés ont été implantés dans le code « éléments finis » Abaqus afin de permettre le calcul de pièces industrielles.

L'apprentissage automatique vise la production d'une hypothèse modélisant un concept à partir d'exemples, dans le but notamment de prédire si de nouvelles observations relèvent ou non de ce concept. Parmi les algorithmes d'apprentissage, les méthodes ensemblistes combinent des hypothèses de base (dites ``faibles'') en une hypothèse globale plus performante.<br /><br />Le boosting, et son algorithme AdaBoost, est une méthode ensembliste très étudiée depuis plusieurs années : ses performances expérimentales remarquables reposent sur des fondements théoriques rigoureux. Il construit de manière adaptative et itérative des hypothèses de base en focalisant l'apprentissage, à chaque nouvelle itération, sur les exemples qui ont été difficiles à apprendre lors des itérations précédentes. Cependant, AdaBoost est relativement inadapté aux données du monde réel. Dans cette thèse, nous nous concentrons en particulier sur les données bruitées, et sur les données hétérogènes.<br /><br />Dans le cas des données bruitées, non seulement la méthode peut devenir très lente, mais surtout, AdaBoost apprend par coeur les données, et le pouvoir prédictif des hypothèses globales générées, s'en trouve extrêmement dégradé. Nous nous sommes donc intéressés à une adaptation du boosting pour traiter les données bruitées. Notre solution exploite l'information provenant d'un oracle de confiance permettant d'annihiler les effets dramatiques du bruit. Nous montrons que notre nouvel algorithme conserve les propriétés théoriques du boosting standard. Nous mettons en pratique cette nouvelle méthode, d'une part sur des données numériques, et d'autre part, de manière plus originale, sur des données textuelles.<br /><br />Dans le cas des données hétérogènes, aucune adaptation du boosting n'a été proposée jusqu'à présent. Pourtant, ces données, caractérisées par des attributs multiples mais de natures différentes (comme des images, du son, du texte, etc), sont extrêmement fréquentes sur le web, par exemple. Nous avons donc développé un nouvel algorithme de boosting permettant de les utiliser. Plutôt que de combiner des hypothèses boostées indépendamment, nous construisons un nouveau schéma de boosting permettant de faire collaborer durant l'apprentissage des algorithmes spécialisés sur chaque type d'attribut. Nous prouvons que les décroissances exponentielles des erreurs sont toujours assurées par ce nouveau modèle, aussi bien d'un point de vue théorique qu'expérimental.

Modélisation des écoulements et du transport dans les milieux fortement hétérogènes et fracturés

Cette thèse concerne la fissuration dynamique des matériaux à gradient de propriétés. Plus particulièrement, elle traite de la tenue des gaines de combustible, tubes minces et élancées, à fort taux de combustion lors de transitoires accidentels. La fissuration est étudiée à l'échelle locale et basée sur la notion de zone cohésive, laquelle est mise en oeuvre à l'aide d'une approche multicorps. Afin de prendre en compte une fissuration en mode mixte, les modèles de zone cohésive considérés sont couplés à du contact frottant. L'approche Non-Smooth Contact Dynamics est mise en oeuvre pour le traitement dynamique des problèmes de contact frottant non réguliers. Compte tenu des dimensions mises en jeu, une démarche multiéchelle permet de prendre en compte la microstructure dans un calcul de structure. A l'échelle microscopique, les propriétés effectives surfaciques, entre les corps, sont obtenues par homogénéisation numérique périodique. Une formulation à deux champs du problème Eléments Finis multicorps est ainsi obtenu. La méthode NSCD est alors étendue à cette formulation. L'outil de simulation numérique développé permet des simulations dynamiques en grandes transformations depuis l'amorçage de fissures jusqu'à la ruine du matériau. La mise en oeuvre à l'échelle microscopique est effectuée par calcul sur des cellules de bases pour plusieurs tirages de microstructures aléatoires. A l'échelle macroscopique, des calculs dynamiques de structures sur des portions de gaine en fonction du taux moyen et du gradient d'hydrogène mettent en évidence le rôle prépondérant de ces deux paramètres dans la tenue de la gaine sous chargement dynamique rapide.

La modélisation des renforts fibreux combine la prise en compte d'une architecture tridimensionnelle enchevêtrée de mèches et de leur comportement élémentaire anisotrope, résultant, lui-même, d'une microstructure complexe. Notre travail consiste en la mise au point de modèles éléments finis en grandes transformations permettant de caractériser numériquement le comportement des cellules élémentaires représentatives afin de simuler les procédés de mise en forme. Un modèle géométrique de la maille de tricot à l'échelle mésoscopique est construit afin de supporter un modèle éléments finis 3D cohérent. Le comportement, orthotrope et hypo-élastique, est formulé à l'aide de l'outil tensoriel. Cela nous permet de proposer et d'analyser un nouveau modèle : le Milieu Continu Equivalent Orthotrope Fibreux. Enfin, des perspectives pour des modèles de Milieux Continus Equivalents Anisotropes Fibreux, où les directions fortes d'anisotropie sont non-orthogonales, sont développées.