Les problèmes de tournées de véhicules cumulatives avec capacité (CCVRP) sont étudiés dans cette thèse, où la minimisation de la somme des temps d'arrivée reflète mieux les objectifs stratégiques de la logistique humanitaire.Dans le problème de multiples tournées d’un véhicule cumulatif avec capacité (mt-CCSVRP), un seul véhicule est disponible et il peut effectuer plusieurs voyages. Un algorithme du plus court chemin avec contrainte de ressources est proposé pour résoudre ce problème, dans lequel les tournées deviennent des nœuds et les sites sont des ressources. Le réseau est orienté et acyclique en raison des propriétés particulières du mt-CCSVRP.Le problème de multiples tournées de véhicules cumulatives avec capacité (mt-CCVRP) est introduit, où plusieurs véhicules peuvent effectuer multiples voyages. Quatre programmes linéaires en nombre entiers (PLNE) sont proposés pour résoudre le CCVRP. Un PLNE pour le mt-CCVRP est proposé ainsi que trois métaheuristiques : une recherche locale itéré à démarrages multiples (MS-ILS), un algorithme mémétique avec gestion de la population (MA|PM) et une recherche locale évolutive à démarrages multiples (MS-ELS), qui appellent un algorithme de recherche local à voisinages variables (VND). Une méthode split à deux phases permet MA|PM et MS-ELS d'alterner entre deux espaces de solutions.Le problème de tournées de véhicules cumulatif avec capacité et des livraisons indirectes (CCVRP-ID) permet aux sites non visités si leurs demandes sont fournies par un véhicule auxiliaire. Un PLNE et un MS-ELS sont développés / The cumulative capacitated vehicle routing problems (CCVRP) are studied in this thesis, where the minimization of the sum of arrival times better reflects the strategic objectives of humanitarian logistics.In the multitrip cumulative capacitated single-vehicle routing problem (mt-CCSVRP), only one vehicle is available and it can perform multiple trips. An exact resource constrained shortest path algorithm is proposed for this problem, in which trips become nodes and sites are resources. The resulting network is proven to be directed and acyclic due to the special properties of the mt-CCSVRP.The multitrip cumulative capacitated vehicle routing problem (mt-CCVRP) is introduced, where several vehicles can do multiple trips. Four mixed integer linear programs (MILP) are proposed to solve the CCVRP. For the mt-CCVRP a MILP is also given as well as three metaheuristics: a multi-start iterated local search (MS-ILS), a memetic algorithm with population management (MA|PM) and a multi-start evolutionary local search (MS-ELS), which call a variable neighborhood descent algorithm (VND). A two phases split method allows MA|MS and MS-ELS to alternate between two spaces of solutions.The cumulative capacitated vehicle routing problem with indirect deliveries (CCVRP-ID) allows unvisited sites if their demands are provided by an auxiliary vehicle. An MILP and an MS-ELS are developed

Cette thèse aborde le problème de tournées de véhicules (VRP) adressant des incertitudes via l'optimisation robuste, en donnant le VRP Robuste (RVRP). D'abord, les incertitudes sont intégrées sur les temps de trajet. Ensuite, une version bi-objectif du RVRP (bi-RVRP) est considérée en prenant en compte les incertitudes sur les temps de trajet et les demandes. Pour résoudre le RVRP et le bi-RVRP, différentes méthodes sont proposées pour déterminer des solutions robustes en minimisant le pire cas. Un Programme Linéaire à Variables Mixtes Entières (MILP), six heuristiques constructives, un algorithme génétique (GA), une procédure de recherche locale et quatre stratégies itératives à démarrage multiple sont proposées : une procédure de recherche constructive adaptive randomisée (GRASP), une recherche locale itérée (ILS), une ILS à démarrage multiple (MS-ILS), et une MS-ILS basée sur des tours géants (MS-ILS-GT) convertis en tournées réalisables grâce à un découpage lexicographique. Concernant le bi-RVRP, le coût total des arcs traversés et la demande totale non satisfaite sont minimisés sur tous les scénarios. Pour résoudre le problème, différentes versions de métaheuristiques évolutives multi-objectif sont proposées et couplées à une recherche locale : l'algorithme évolutionnaire multi-objectif (MOEA) et l'algorithme génétique avec tri par non-domination version 2 (NSGAII). Différentes métriques sont utilisées pour mesurer l’efficience, la convergence, ainsi que la diversité des solutions pour tous ces algorithmes / This work extends the Vehicle Routing Problem (VRP) for addressing uncertainties via robust optimization, giving the Robust VRP (RVRP). First, uncertainties are handled on travel times/costs. Then, a bi-objective version (bi-RVRP) is introduced to handle uncertainty in both, travel times and demands. For solving the RVRP and the bi-RVRP different models and methods are proposed to determine robust solutions minimizing the worst case. A Mixed Integer Linear Program (MILP), several greedy heuristics, a Genetic Algorithm (GA), a local search procedure and four local search based algorithms are proposed: a Greedy Randomized Adaptive Search Procedure (GRASP), an Iterated Local Search (ILS), a Multi-Start ILS (MS-ILS), and a MS-ILS based on Giant Tours (MS-ILS-GT) converted into feasible routes via a lexicographic splitting procedure. Concerning the bi-RVRP, the total cost of traversed arcs and the total unmet demand are minimized over all scenarios. To solve the problem, different variations of multiobjective evolutionary metaheuristics are proposed and coupled with a local search procedure: the Multiobjective Evolutionary Algorithm (MOEA) and the Non-dominated Sorting Genetic Algorithm version 2 (NSGAII). Different metrics are used to measure the efficiency, the convergence as well as the diversity of solutions for all these algorithms

Le chargement/déchargement des conteneurs et leurs stockages provisoires dans le port est la plus importante et complexe tâche dans les terminaux portuaires. Elle est fortement liée au routage des grues de quai et son coût augmente considérablement surtout en absence d’une gestion efficace du terminal. Dans ce travail, nous étudions le problème de stockage des conteneurs (PSC). Il appartient à la catégorie des problèmes NP-difficiles et NP-complets. PSC consiste à déterminer un plan d’arrangement des conteneurs destinés à l’import et à l’export dans le port qui minimise les remaniements ultérieurs lors de leur transfert vers le bateau, camion ou train. En effet, le temps d'attente des camions des clients, le temps de transfert des grues de quai et le temps nécessaire au chargement/déchargement du navire sont avantageusement réduits. PSC est généralement étudié en considérant un seul type de conteneur. Cependant, plusieurs types de conteneurs sont utilisés dans les ports maritimes (dry, réfrigérés, toit ouvert,...). En outre, le problème de stockage de conteneurs peut être traité de façon statique ou dynamique (date d’arrivée et de départ des conteneurs incertains).L’objectif de cette thèse est de résoudre le PSC statique et le PSC dynamique pour un seul et plusieurs types de conteneurs en utilisant deux métaheuristiques : l’algorithme génétique, la recherche harmoniquePour vérifier la performance de chacune des approches proposées, une étude comparative des résultats générés par chaque méthode ainsi que celle de l’algorithme LIFO est établie / The loading and unloading of containers and their temporary storage in the container terminal are the most important and complex operation in seaport terminals. It is highly inter-related with the routing of yard crane and truck and their costs increased significantly especially without an efficient terminal management. To improve this process, an efficiency decision for the container storage space allocation must be taken.In this thesis, we studied the container storage problem (CSP). It falls into the category of NP hard and NP complete problems. CSP consists on finding the most suitable storage location for incoming containers that minimizes rehandling operations of containers during their transfer to the ship, truck or train. In fact, the wait time of customer trucks, the transfer time of yard crane and the Ship turnaround time are advantageously reduced.Generally, this problem is studied considering a single container type. However, this does not stand the problem under its real-life statement as there are multiple container types that should be considered, (refrigerated, open side, empty, dry, open top and tank). Often, containers arrive at the port dynamically over time and have an uncertain departure date (ship delayed, a ship down, delayed arrival of customer trucks…). Indeed, CSP must be studied in dynamic aspectThe objective of this thesis is to study Static CSP for a single and various container type and dynamic CSP for ONE and several container types and to propose solutions for each of them. Genetic algorithm and Harmony Search algorithm are used to solve these problems and we compare the results of each approach with the LIFO algorithm

Cette thèse s'intéresse au problème de conception optimale des routes de départ et d'arrivée dans une zone terminale autour d'un aéroport. Cette conception prend en compte la configuration et l'environnement autour des aéroports, et les différentes contraintes sous-jacentes, notamment l'évitement des obstacles et la séparation des routes. Nous proposons une formulation mathématique conduisant à un problème d'optimisation combinatoire, ainsi que des méthodes de résolution ad hoc efficaces pour le problème. Pour la résolution du problème, nous procédons en deux étapes. Nous considérons d'abord la conception d'une route de longueur minimale évitant les obstacles, en utilisant la méthode de Branch and Bound (B&B). Ensuite, nous nous intéressons à la conception de plusieurs routes en assurant en plus la séparation des routes. Deux approches différentes sont appliquées : une méthode basée sur la méthode B&B pour construire les routes séquentiellement suivant un ordre fixé à l'avance, et une méthode de recuit simulé pour construire les routes simultanément. Les résultats sur un ensemble de problèmes tests (artificiels et réels) montrent l'efficacité de notre approche. / This thesis proposes a methodology for the optimization of departure and arrival routes in the Terminal Maneuvering Area (TMA). The design of these routes takes into account the configuration and environment around airports, and the related constraints, in particular the avoidance of obstacles and the separation between routes. We propose a mathematical formulation leading to a combinatorial optimization problem, as well as efficient ad hoc resolution methods for the problem. The problem is solved in two steps. First, we design an individual route avoiding obstacles with respect to minimum route length by using a Branch and Bound (B&B) method. Afterwards, the design of multiple routes is solved by two different approaches: a B&B-based approach (where routes are generated sequentially in a given order) and a Simulated Annealing approach (where routes are generated simultaneously). The simulation results of a set of (artificial and real) test problems show the efficiency of our approach.

Ces travaux de thèse, réalisés dans une équipe concevant des circuits analogiques neuromimétiques suivant le modèle d’Hodgkin-Huxley, concernent la modélisation de neurones biologiques, plus précisément, l’estimation des paramètres de modèles de neurones. Une première partie de ce manuscrit s’attache à faire le lien entre la modélisation neuronale et l’optimisation. L’accent est mis sur le modèle d’Hodgkin- Huxley pour lequel il existait déjà une méthode d’extraction des paramètres associée à une technique de mesures électrophysiologiques (le voltage-clamp) mais dont les approximations successives rendaient impossible la détermination précise de certains paramètres. Nous proposons dans une seconde partie une méthode alternative d’estimation des paramètres du modèle d’Hodgkin-Huxley s’appuyant sur l’algorithme d’évolution différentielle et qui pallie les limitations de la méthode classique. Cette alternative permet d’estimer conjointement tous les paramètres d’un même canal ionique. Le troisième chapitre est divisé en trois sections. Dans les deux premières, nous appliquons notre nouvelle technique à l’estimation des paramètres du même modèle à partir de données biologiques, puis développons un protocole automatisé de réglage de circuits neuromimétiques, canal ionique par canal ionique. La troisième section présente une méthode d’estimation des paramètres à partir d’enregistrements de la tension de membrane d’un neurone, données dont l’acquisition est plus aisée que celle des courants ioniques. Le quatrième et dernier chapitre, quant à lui, est une ouverture vers l’utilisation de petits réseaux d’une centaine de neurones électroniques : nous réalisons une étude logicielle de l’influence des propriétés intrinsèques de la cellule sur le comportement global du réseau dans le cadre des oscillations gamma. / These works, which were conducted in a research group designing neuromimetic integrated circuits based on the Hodgkin-Huxley model, deal with the parameter estimation of biological neuron models. The first part of the manuscript tries to bridge the gap between neuron modeling and optimization. We focus our interest on the Hodgkin-Huxley model because it is used in the group. There already existed an estimation method associated to the voltage-clamp technique. Nevertheless, this classical estimation method does not allow to extract precisely all parameters of the model, so in the second part, we propose an alternative method to jointly estimate all parameters of one ionic channel avoiding the usual approximations. This method is based on the differential evolution algorithm. The third chaper is divided into three sections : the first two sections present the application of our new estimation method to two different problems, model fitting from biological data and development of an automated tuning of neuromimetic chips. In the third section, we propose an estimation technique using only membrane voltage recordings – easier to mesure than ionic currents. Finally, the fourth and last chapter is a theoretical study preparing the implementation of small neural networks on neuromimetic chips. More specifically, we try to study the influence of cellular intrinsic properties on the global behavior of a neural network in the context of gamma oscillations.

Ces travaux ont été menés dans le cadre du projet européen FACETS-ITN. Nous avons contribué à la simulation de cellules corticales grâce à des données expérimentales d'électrophysiologie comme référence et d'un circuit intégré neuromorphique comme simulateur. Les propriétés intrinsèques temps réel de nos circuits neuromorphiques à base de modèles à conductance, autorisent une exploration détaillée des différents types de neurones. L'aspect analogique des circuits intégrés permet le développement d'un simulateur matériel temps réel à l'échelle du réseau. Le deuxième objectif de cette thèse est donc de contribuer au développement d'une plate-forme mixte - matérielle et logicielle - dédiée à la simulation de réseaux de neurones impulsionnels. / This work has been supported by the European FACETS-ITN project. Within the frameworkof this project, we contribute to the simulation of cortical cell types (employingexperimental electrophysiological data of these cells as references), using a specific VLSIneural circuit to simulate, at the single cell level, the models studied as references in theFACETS project. The real-time intrinsic properties of the neuromorphic circuits, whichprecisely compute neuron conductance-based models, will allow a systematic and detailedexploration of the models, while the physical and analog aspect of the simulations, as opposedthe software simulation aspect, will provide inputs for the development of the neuralhardware at the network level. The second goal of this thesis is to contribute to the designof a mixed hardware-software platform (PAX), specifically designed to simulate spikingneural networks. The tasks performed during this thesis project included: 1) the methodsused to obtain the appropriate parameter sets of the cortical neuron models that can beimplemented in our analog neuromimetic chip (the parameter extraction steps was validatedusing a bifurcation analysis that shows that the simplified HH model implementedin our silicon neuron shares the dynamics of the HH model); 2) the fully customizablefitting method, in voltage-clamp mode, to tune our neuromimetic integrated circuits usinga metaheuristic algorithm; 3) the contribution to the development of the PAX systemin terms of software tools and a VHDL driver interface for neuron configuration in theplatform. Finally, it also addresses the issue of synaptic tuning for future SNN simulation.

L’évolution continue des environnements de production et l’augmentation des besoins des clients, demandent un processus de production plus rapide et efficace qui contrôle plusieurs paramètres en même temps. Nous nous sommes intéressés au développement de méthodes d’aide à la décision qui permettent d’améliorer l’ordonnancement de la production. L’entreprise partenaire (Norelem) fabrique des pièces de précision mécanique, il faut donc prendre en compte les différentes contraintes de ressources (humaines et d’outillage) existantes dans l’atelier de production.Nous avons abordé l’étude d’un atelier d’ordonnancement de type open shop ou chemin ouvert, où une tâche peut avoir de multiples séquences de production puisque l’ordre de fabrication n’est pas fixé et l’objectif à minimiser est le temps total de séjour. Des contraintes d’affectation de ressources humaines (multi-compétences) et de disponibilité d’outillage ont été prises en compte.Des modèles mathématiques linéaires et non-linéaires ont été développés pour décrire la problématique. Etant donné que les méthodes exactes sont limitées aux instances de petites tailles à cause des temps de calcul, des méthodes de résolution approchées ont été proposées et comparées. De plus, nous avons abordé l’optimisation multi-objectif en considérant trois objectifs, la minimisation du temps total de séjour et l’équilibrage de charge des ressources (humaines et machines).L’efficacité des méthodes est prouvée grâce à des tests sur des instances théoriques et l’application au cas réel / The continuous evolution of manufacturing environments and the growing of customer needings, leads to a faster and more efficient production process that controls an increasing number of parameters. This thesis is focused on the development of decision making methods in order to improve the production scheduling. The industrial partner (Norelem) produces standardized mechanical elements, so many different resource constraints (humans and tools) are presented in its workshop.We study an open shop scheduling problem where one job can follow multiple production sequences because there is no fixed production sequence and the objective function is to minimize the total flow time. In addition, multi-skilled personnel assignment and tool’s availability constraints are involved.Mathematical models: linear and non-linear formulations have been developed to describe the problem. Knowing the exact method limitations in terms of instance sizes because of the duration, heuristics methods have been proposed and compared. Besides that, the multi-objective optimization was exposed to deal with three objectives as total flow time minimization and workload balancing concerning both, humans and machines.The efficiency of these methods was proved by several theoretical instance tests and the application on the real industrial case

La fabrication du pare-brise automobile est réalisée par un procédé de thermoformage dans un four tunnel où des feuilles de verre subissent un chauffage différentiel par rayonnement par des centaines d'éléments chauffants électriques contrôlés individuellement. Ces travaux ont pour objectif final de répondre à une problématique industrielle formulée en tant que problème d'optimisation. Elle consiste à aider le conducteur du four à retrouver la cartographie de puissance qui permet d'obtenir le champ de température nécessaire à la surface du verre afin d'aboutir à une forme souhaitée. Pour y parvenir, un modèle du four basé sur la méthode de réseau de composants est utilisé afin de simuler le cycle de chauffage. Dans un premier temps, la précision de la température calculée est améliorée par identification paramétrique en se référant à des données de mesures effectuées in situ. Une étude de sensibilité locale et globale a été réalisée au préalable. Par la suite, dans le but d'accélérer ces calculs, une méthode d'optimisation originale est proposée. Elle consiste à combiner la méthode métaheuristique du Recuit Simulé et l'Algorithme de Re-revêtement pour identifier l'émissivité multi-bande des matériaux. Après avoir effectué une validation sur un modèle simplifié 3D de four radiatif de traitement de matériaux, la méthode originale est appliquée pour le modèle du four réel. Outre l'amélioration de la précision des résultats de la simulation, la nouvelle démarche réduit considérablement le temps de calcul. Dans la deuxième partie du travail, plusieurs méthodes métaheuristiques, telles que l'Algorithme Génétique, le Recuit Simulé, la Recherche Tabou ainsi que leur hybridation sont expérimentées pour un modèle simplifié d'une enceinte radiative. Les résultats montrent que la combinaison de l'Algorithme Génétique et du Recuit Simulé a permis d'accélérer la convergence pour atteindre les champs de températures souhaités sur la surface du produit. Cette méthode est par la suite appliquée avec succès pour inverser le modèle du four afin de retrouver les paramètres de commande du four. / The manufacturing of automobile windshield is produced by a thermoforming process in a tunnel furnace where glass undergoes differential heating radiation by hundreds of electrical heating elements individually controlled. The final purpose of this work is to answer a real industrial problem, which is formulated as an optimization problem. It aims at assisting the furnace driver to find the setting that allows obtaining the required temperature distribution on the glass design in order to achieve the desired shape. Based on the method of network components, a model of the furnace is used to simulate the heating cycle. As a first step of this work, the accuracy of the temperature calculated is improved by parametric identification by referring to the data of measurements taken in situ. A local and global sensitivity analysis was performed beforehand. Thereafter, in order to accelerate these calculations, an original and optimization method is proposed. It consists in combining the Simulated Annealing metaheuristic method and the Replating Algorithm to identify multi-band emissivity. First, the original method validation is performed on a simplified 3D model of radiative enclosure, and then applied to the real furnace model. The new approach significantly reduces the computation time while improving the accuracy of the simulation results. In the second part of this work, several metaheuristic methods, such as Genetic Algorithm, Simulated Annealing, Tabu Search, and their hybridization are tested on a simplified model of a radiative enclosure. Results show that the combination of Genetic Algorithm and Simulated Annealing has accelerated the convergence to achieve the desired temperature fields on the product surface. This new method is successfully applied to the real furnace model to find the optimal control parameters.

En 2014, dans le cadre du Plan Climat, les pays membres de l’Union Européenne, se sont engagés à réduire de près de 27% leur consommation d’énergie. L’un des axes d’études concerne l’augmentation de l’efficacité énergétique des transports urbains. Cette thèse a pour objectif de proposer une méthodologie afin de réduire la consommation énergétique de lignes de métro automatique tout en intégrant les perturbations de trafic qui se produisent dans des conditions normales d’exploitation. Le principe retenu dans ces travaux est de maximiser la réutilisation de l’énergie générée lors du freinage des trains, par les autres trains présents sur la ligne. Une première partie est dédiée à la modélisation électrique d’une ligne de métro automatique et à la présentation de méthodes permettant de calculer les flux de puissances entre les trains et les sous-stations d’alimentation. Ensuite, des algorithmes d’optimisation sont introduits pour effectuer l’optimisation des paramètres d’exploitation les plus influents dans une configuration idéale n’intégrant pas les aléas de trafic. Enfin, une méthodologie basée sur un apprentissage des données de simulation est développée dans le but de réaliser l’optimisation énergétique de la consommation en temps réel et en intégrant les perturbations de trafic. Cette dernière partie aura ainsi pour objectif de fournir une aide à la décision dans le choix des temps d’arrêts que doivent effectuer chaque train en station afin de maximiser la récupération de l’énergie issue du freinage. / In 2014, as part of the Climate Plan, EU member countries have committed to reduce by 27% their energy consumption. One of the main focal areas consists in increasing the energy efficiency of urban transports. This thesis aims to propose a methodology to reduce the energy consumption of automatic metro lines while integrating traffic disruptions that occur under normal operating conditions. The principle adopted in this work is to maximize the reuse of electrical energy generated during braking of the train, by other trains running on the line. First part is dedicated to the electrical modeling of an automatic metro line and development of methods to calculate power flows between trains and power substations. Then, optimization algorithms are introduced to perform optimization of the most influential operating parameters in an ideal configuration ignoring traffic fluctuations. Finally, a methodology based on learning simulation data is developed in order to achieve optimization of energy consumption integrating traffic disruptions in real time. This last part will thus purchase the objective to provide a decision support to determine optimal dwell times to be carried out by trains in each station, so as to maximize braking energy recovery.

Nos travaux concernent la mise en œuvre de méthodologies pour la résolution de problèmes d’ordonnancement en industries agroalimentaires. Trois nouvelles approches basées sur les algorithmes génétiques, sont proposées pour la résolution de problèmes d’ordonnancement multi-objectifs : les algorithmes génétiques séquentiels (SGA), les algorithmes génétiques parallèles (PGA) et les algorithmes génétiques parallèles séquentiels (PSGA). Deux approches coopératives multi-objectifs en mode relais, SH_GA/TS et SH_GA/SA, hybridant toutes les deux des métaheuristiques de haut niveau, sont par la suite proposées. Un algorithme évolutionnaire et un algorithme de recherche locale sont, dans ce cas exécutés séquentiellement / The purpose of our works is the implementation of methodologies for the resolution of the agro-food industry scheduling problem. Three new approaches based on genetic algorithms are proposed to solve multi-objectives scheduling problems: sequential genetic algorithms (SGA), parallel genetic algorithms (PGA) and parallel sequential genetic algorithms (PSGA). Two high-level hybrid algorithms, SH_GA/TS et SH_GA/SA, are also proposed. The purpose in this hybridization is to benefit the exploration of the solution space by a population of individuals with the exploitation of solutions through a smart search of the local search algorithm