Dans cette thèse, une planification énergétique pour les véhicules routiers sans conducteur (URV) suractionnés avec une configuration de direction redondante est proposée. En effet, des indicateurs sur la géométrie de la route, la redondance des actionnements, le profil de vitesse optimal et le mode de conduite sont identifiés pour chaque segment de la trajectoire de l'URV. Ainsi, un modèle d'estimation de la consommation d'énergie d'un véhicule à conduite autonome suractivé est développé. Deux méthodes de modélisation de la consommation d'énergie sont considérées. La première méthode est basée sur un modèle analytique de consommation d’énergie prenant en compte le degré de steerabilité, le degré de mobilité et le degré de redondance de l’actionnement. La deuxième méthode utilisée pour la modélisation de la consommation d’énergie repose sur la méthode qualitative d’apprentissage des données, à savoir: le système d’inférence neuro-floue adaptatif (ANFIS). Cette dernière a été prise en compte en cas de présence de paramètres dynamiques inconnus de l'URV et d'incertitudes sur son interaction avec l'environnement. La validation de l'estimation de la consommation d'énergie a été appliquée à un véhicule autonome réel appelé RobuCar. La stratégie de planification énergétique a été élaborée selon deux approches: discrète et continue. L’approche discrète repose sur la construction d’un digraphe d’énergie avec toutes les configurations possibles tenant compte des contraintes cinématiques et dynamiques basées sur une configuration de grille 3D, selon: la vitesse, la longueur de l’arc, le mode de conduite. Dans ce graphe orienté pondéré, les arêtes décrivent l’énergie consommée par l’UAV le long d’un segment de la trajectoire. Un algorithme d'optimisation est appliqué sur le digraphe pour obtenir une solution globale optimale combinant le mode de conduite, la consommation électrique et le profil de vitesse de l'URV. L'approche continue repose sur une stratégie d'optimisation multicritères utilisant des algorithmes génétiques (NSGA-II). Ensuite, un chemin réel est considéré et modélisé en utilisant deux combinaisons géométriques lisses: la première est {lignes, clothoïdes et arcs}, et la seconde est {lignes et courbes de Hodograph de Pythagore}. La stratégie de planification énergétique est ensuite appliquée aux chemins générés. En outre, un graphique dirigé est construit pour synthétiser le profil de vitesse optimal qui minimise la consommation d'énergie globale tout en prenant en compte tous les modes de conduite. Les résultats sont comparés à ceux donnés par la méthode de programmation dynamique pour une optimisation globale hors ligne. / In this thesis, an energy planning for over-actuated unmanned road vehicles (URVs) with redundant steering configuration is proposed. In fact, indicators on the road geometry, the redundancy of actuation, the optimal velocity profile and the driving mode are identified for each segment of the URV's trajectory. Thus, a power consumption estimation model of an over-actuated autonomous driving vehicle is developed. Two methods for power consumption modeling are considered. The first method is based on an analytic model of power consumption, taking into account the degree of steerability, degree of mobility and degree of actuation redundancy. The second method used for power consumption modeling based on data-learning qualitative method namely: Adaptive Neuro Fuzzy Inference System (ANFIS). The latter has been considered in case of the presence of unknown dynamic parameters of the URV and uncertainties about its interaction with the environment. Validation of the estimation of the power consumption has been applied of real autonomous vehicle called RobuCar. Energy planning strategy has been built using two approaches, discrete and continuous. The discrete approach depends on a construction of an energy digraph with all feasible configurations taking into account kinematic and dynamic constraints based on a 3D grid map setup, according to: velocity, arc-length, driving mode. In this weighted directed graph, the edges describe the consumed energy by the UAV along a segment of a trajectory. An optimization algorithm is applied on the digraph to get a global optimal solution combining driving mode, power consumption and velocity profile of the URV. The continuous approach is based on a multi-criteria optimization strategy using genetic algorithms (NSGA-II). Then a real road path is considered and modeled by using two smooth geometrical combinations: the first one is {lines, clothoids and arcs}, and the second one is {lines and Pythagorean Hodograph (PH) curves}. The energy planning strategy is then applied to the generated paths. Also, a directed graph is built to synthesis the optimal velocity profile that minimizes the overall energy consumption while accounting for all driving modes. Results are compared with those given by the dynamic programming method for global offline optimization.

L’objectif principal de cette thèse consiste à modéliser la consommation d’énergie d’une application particulière fonctionnant sur un appareil mobile. Nous proposons un modèle de suivi du comportement énergétique, nous décrivons également une méthodologie pour identifier les paramètres du modèle. À cette fin, nous avons analysé une collection de données expérimentales recueillies lors de mon tour de France en fauteuil roulant électrique. Nous avons appliqué des outils statistiques pour obtenir les paramètres du modèle. Nous validons enfin le modèle en comparant les résultats avec d’autres données expérimentales.La première étude de cas permet de comparer l’évolution du coût énergétique dans les environnements mobiles des différents composants des smartphones en se basant sur des plusieurs modèles énergétiques.— La deuxième étude de cas traite l’évaluation, les mesures du coût d’énergie consommée et les problèmes rencontrés dans les méthodes utilisées pour l’évaluation de la consommation d’énergie. Pour une meilleure évaluation, on a introduit le cas d’étude du comportement énergétique en utilisant les machines virtuelles.— La troisième étude de cas est basée sur le traitement des résultats des mesures obtenues lors de mon tour de France en fauteuil roulant électrique connecté. L’objectif consiste en une gestion anticipée des ressources, en réalisant des mesures réelles, ensuite, de faire le suivi du comportement énergétique dans un environnement réel et diversifié. Le modèle peut être utilisé pour définir une fréquence optimale en termes de consommation d’énergie pour des situations précises sans trop dégrader la qualité de service souhaitée par l’utilisateur. / The main goal of this thesis is to model the power consumption of a particular application running on a mobile device. We propose a model of energy behavior monitoring, we also describe a methodology to identify the parameters of the model. To this end, we analyzed a collection of experimental data collected during my tour de France in an electric wheelchair. We applied statistical tools to obtain the parameters of the model. Finally, we validate the model by comparing the results with other experimental data.The first case study compares the evolution of the energy cost in the mobile environments of the different components of smartphones based on several energy models.- The second case study deals with the evaluation, the measurements of the energy cost consumed and the problems encountered in the methods used for the evaluation of energy consumption. For a better evaluation, the case study of energy behavior was introduced using the virtual machines.- The third case study is based on the treatment of the results of the measurements obtained during my tour of France in a connected electric wheelchair. The goal is to anticipate resource management, realizing measurements, and then tracking energy behavior in a real and diverse environment. The model can be used to define an optimal frequency in terms of energy consumption for specific situations without degrading the quality of service desired by the user.

L’objectif de cette thèse est d’analyser l’apport des énergies renouvelables à la transitionénergétique dans les pays en développement (PED). L’apport des énergies renouvelables à latransition énergétique dans les pays en développement se justifie à deux niveaux. Dans unpremier temps il vise à étudier les conditions, moyens et conséquences de la modification desstructures de production énergétique existantes basées sur les technologies fossiles vers cellesintégrant les technologies propres qui sont plus respectueuses de la qualité de l’environnement.Dans un second temps, l’analyse de la transition énergétique propose une architectureinstitutionnelle, technologique, sociologique, réglementaire et managériale favorisant laconvergence vers un système socio-technique soutenable à travers la diffusion et l’adoption destechnologies renouvelables. Partant des approches existantes, l’idée fondatrice de cette thèse estd’insister sur la nécessité d’une mise en place d’une approche mixte de transition énergétiquedans les pays en développement en combinant une approche décentralisée (permettant de prendreen compte les caractéristiques spatiales des zones rurales enclavées) et centralisées (permettantd’insérer les PED dans un paradigme énergétique soutenable). A partir de cette orientation, nous!6proposons une approche interdisciplinaire empiriquement basée sur l’Afrique du Sud et leSénégal afin d’analyser l’apport des énergies renouvelables à la transition énergétique. Les outilsméthodologiques ont combiné la modélisation du type bottom-up et les techniques d’optimisationà travers les algorithmes de programmation linéaire. / The objective of this doctorate thesis is to investigate the contribution of renewable technologiesto energy transition in developing nations. In the theoretical framework such a contribution couldbe justified in two points. First, it analyses conditions, means and consequences of a modificationof a fuel-based energy production scheme to a new structure based on a more sustainableorientedpathway. Second, the analysis of energy transition provides institutional, technological,sociological and managerial frameworks strengthening the convergence toward a sustainableoriented energy paradigm through a diffusion and adoption of renewable technologies. From theexisting approaches, the core of this thesis is to assume a requirement to consider a mixedapproach of energy transition in developing nations through a combination of both decentralizedand centralized options. The decentralized energy transition approach allows an insertion ofspatial and geographical characteristics of remote locations in developing nations while thecentralized approach strengthens an inclusion of developing nations in a sustainable energyparadigm. From this orientation, we propose an interdisciplinary methodology, empirically basedon South Africa and Senegal in order to investigate the possible contribution of renewabletechnologies to energy transition. To investigate these questions, we combine a bottom-up energymodeling approach with optimization techniques through a linear programming algorithm.

Cette thèse concerne les drones dits "convertibles", qui allient capacité au vol stationnaire et efficacité énergétique en vol de croisière. Les principales contributions de ce travail comportent trois volets. D'abord, nous concevons une nouvelle structure de drone en ajoutant de chaque côté d'un quadrirotor une aile qui peut pivoter autour d'un axe appartenant au plan des hélices. Notre prototype a de nombreux avantages par rapport aux structures convertibles existantes: conception mécanique simple car dérivée d'un quadrirotor classique, flexibilité pour le montage de différents composants (ailes, hélices), etc. Deuxièmement, nous proposons une modélisation énergétique de ce type de drone convertible, en tenant compte de ses caractéristiques par rapport aux hélicoptères avec pilote à bord (grande variation des forces aérodynamiques, dégradation des performances à faible nombre de Reynolds, etc.). Finalement, concernant la conception de la commande, les degrés de liberté des ailes permettent le découplage entre les orientations des hélices et celle des ailes. Cela augmente considérablement les possibilités de contrôle par rapport aux aéronefs traditionnels. S'appuyant sur cette caractéristique, plusieurs approches de contrôle sont proposées. En particulier, en utilisant une conception géométrique spécifique, nous montrons qu'un contrôle efficace peut être obtenu sans mesures de la vitesse air. Les résultats de simulation confortent cette stratégie de contrôle, même en présence de vent fort et variable. Afin de valider la théorie, un prototype mécanique du drone a été construit dans notre laboratoire et des essais en vol préliminaires ont été effectués. / There is a growing interest to design convertible aerial vehicles that can hover like helicopters and fly forward efficiently like airplanes. This thesis is devoted to the conception, modeling, and control of such a convertible mini-UAV (Unmanned Aerial Vehicle). The main contributions of this work are threefold. Firstly, we design a novel UAV structure by adding to each side of a quadrotor one wing that can rotate around an axis belonging to the propellers' plane. Our prototype has many advantages over existing convertible structures: simple mechanical concept since inspired by a classical quadrotor, flexibility for selecting different components (wings, propellers), flexibility for the control design, etc. Secondly, we provide an energy modeling of this type of convertible UAVs, taking into account their characteristics as compared to full-scale helicopters (large variation of aerodynamic forces, performance degradation at low Reynolds number, etc.). Finally, as for the control design, the degrees of freedom of the wings permit the decoupling between propellers and wings' orientations. This greatly enhances the control flexibility as compared to traditional aircraft. Relying on this feature, several control approaches are proposed. In particular, using a specific geometrical design, we show that an efficient control of our UAV can be obtained without air-velocity measurements. Simulation results confirm the soundness of our control design even in the presence of strong and varying wind. En route to validate the theory, a mechanical prototype of the UAV was constructed in our laboratory and preliminary flight tests were performed.

Le photoréalisme est l'un des thèmes de la recherche en synthèse d'images. Il s'agit de produire des images visuellement indiscernables de photographies, pour des scènes virtuelles simulant des scènes réelles. Cette approche se scinde en deux domaines indépendants : la modélisation géométrique décrit la forme et la position des objets, alors que la modélisation énergétique explicite les propriétés de la lumière émise par les sources, et ses interactions avec les matériaux des objets. Nous nous situons dans ce deuxième cadre. Nous présentons une méthode de calcul de l'éclairement global dans un environnement de lancer de rayons. La prise en compte des interréflexions multiples est une opération très couteuse, car elle nécessite un échantillonnage très fin, et génère un très grand nombre de rayons. Notre modélisation vectorielle représente de façon concise l'énergie incidente en une surface, en tenant compte des propriétés du matériau. Elle exploite les cohérences de la scène et de la lumière en réutilisant les valeurs connues lorsque les variations sont modérées, permettant une importante réduction des temps de calcul. Les opérations complexes sont alors remplacées par de simples interpolations vectorielles. La lumière est séparée en composantes indépendantes : directe, indirecte et caustique. Des méthodes optimisées sont adaptées à ces cas particuliers, pour détecter les zones ou l'interpolation est possible. D'autre part, nous proposons une méthode de prise en compte des sources étendues en lancer de rayons, pour obtenir des pénombres douces. Dans le cas des sources planes rectangulaires, une subdivision adaptative découpe la surface en zones d'angles solides proches, vues depuis le point courant. Pour une même précision, le nombre de zones est plus faible que celui obtenu par un découpage régulier classique de la surface. Ce procédé est ensuite étendu à des sources de forme quelconque, puis adapte à la simulation de l'éclairement naturel du ciel.

Les bâtiments représentent un des principaux leviers d'action pour optimiser l'efficacité énergétique et la réduction des émissions de CO2 dans les villes. Afin d'optimiser les performances énergétiques, différentes études ont été menées sur les performances thermiques aussi bien du de point de vue de la conception, de la calibration de modèle que de l'impact de changement climatique. L'analyse de sensibilité vise à évaluer la part d'incertitude due à chacune des variables ou des paramètres qui peuvent influencer ces performances.La plupart des études en bâtiment menées dans la littérature se placent dans un cadre statique qui ne représente pas l'évolution du système. Il est très vite apparu nécessaire de développer des méthodes qui prennent en compte à la fois la dépendance des entrées et la dimension temporelle qui elle-même comporte toujours de la dépendance. Parmi les différentes méthodes d'analyse de sensibilité, nous avons privilégié la méthode globale, reposant sur le calcul des indices de sensibilité de Sobol. Le calcul effectif des indices de sensibilité permet de hiérarchiser les paramètres d'entrée en fonction de leur influence sur la sortieLes indices de Sobol peuvent se calculer de différentes façons. Nous nous sommes intéressés notamment à la méthode Pick and Freeze basée sur l'échantillonnage. Celle-ci repose sur l'hypothèse fondamentale et dans la pratique le plus souvent non vérifiée d'indépendance des entrées. Cela nous a amené du point de vue statistique à développer des techniques nouvelles pour tenir compte du caractère des entrées de type dynamique et dépendantes entre elles à la fois dans le temps et à chaque instant.Nous avons placé notre travail dans l'optique de méthodes permettant de se ramener au cas d'entrées indépendantes. Notre préoccupation a été de modéliser les entrées de manière souple, aisément transposable à d'autres situations concrètes et permettant des simulations relativement aisées. Afin de rendre compte du lien temporel entre les variables, nous avons choisi de considérer un indice dépendant de l'instant de calcul et de quantifier la variabilité de la sortie non pas seulement à la variabilité de l'entrée à l'instant t mais aussi à cette même variabilité provenant des instants précédents. Cette vision permet d'introduire la notion de mémoire utile pour le calcul de la sensibilité. Nous avons développé une méthode d'estimation des indices de Sobol pour des entrées dépendantes statiques a priori. Elle peut néanmoins être mise en œuvre pour des entrées dynamiques de courte mémoire mais les calculs sont alors très lourds dès que le nombre d'entrées est grand ou les mémoires importantes. Cette méthode permet de séparer des variables dépendantes de loi quelconque en des variables indépendantes de loi uniforme. Facile à mettre en œuvre ces méthodes d'estimation ne s'appuient pas sur des hypothèses d'indépendance des entrées, elles permettent alors un large éventail d'applications.Nous avons appliqué notre méthodologie à un bâtiment existant, apportant ainsi un outil utile à l'analyse du comportement thermique et donc à son optimisation. Nous avons pu montrer différentes situations en analysant l'ordre des variables suivant les sensibilités à partir de mesures. Deux critères ont été étudiés. Un critère de confort : l'étude de la température intérieure et un critère de performance : l'énergie de chauffage. / Buildings represent one of the main levers of action to optimize energy efficiency and reducing emissions of $ CO_2 $. To understand how perform energy consumption of a building, different studies have been conducted on the thermal performance both the point of view of design and model calibration as the climate change impact. Energy performance can be optimized according to these studies by evaluating the degree of uncertainty due to each of the variables or parameters that may influence performance. This stage is called sensitivity analysis.Most building studies in the literature are placed in a static framework that does not represent the evolution of the system. The variables whose sensitivity to be studied are either considered at a given time or the input-output models are not dynamic. It became necessary to develop methods that take into account both the dependence of the inputs and the temporal dimension which itself always involves dependence. Among the different methods of sensitivity analysis, we have focused on the global method, based on the calculation of Sobol sensitivity indices. Sobol index of a parameter (or group of parameters) is a statistical indicator of easy interpretation. It allows to measure the importance of this parameter (or group of parameters) on the variability of a scalar quantity of interest, depending on the model output. Sensitivity indices allow to rank input parameters according to their influence on the output.Sobol indices can be calculated in different ways. We focused on the Pick and Freeze method based on sampling. This is based on a fundamental assumption and in practice often unverified : inputs independence. This led us statistically to develop new techniques to take into account the dynamic characteristic of inputs and dependents both in time and in every moment. Our work focuses on methods that can bring back to the case of independent inputs. Our concern was modelled in a flexible way inputs, easily transferable to other concrete situations and allowing relatively easy simulations. The input-output relationships are not important as the only constraint, of course not trivial, possible simulation.In order to reproduce the temporal relationship between the variables, we chose to consider an index dependent, in the non-stationary case (especially if there are seasonal phenomena), on the time of calculation and quantify the variability of output not not only to the variability of the input at time $ t $, but also to the same variability from previous times. This vision allows to introduce the concept of usable memory for the calculation of the sensitivity.The second method that we have developed is an estimation method of Sobol indices for static dependent inputs a priori. It may nevertheless be implemented for dynamic inputs with short memory but the calculations are then very heavy when the number of inputs are large or own important memories. This method allows to separate dependent variables of any law in independent variables uniformly distributed.Easy to implement these estimation methods developed are not based on assumptions of independence of inputs. It then allows a wide range of applications.This method applied to an existing building can help improve energy management and can be useful in the design from the implementation scenarios. We could show different situations by analysing the variable order according to the sensitivities from measurements on a test building. Two criteria were studied. A criterion of comfort: the study of indoor temperature and performance criteria: the heating energy.

Cette thèse a pour cadre la production d'électricité photovoltaïque et éolienne couplée au réseau et disposant d'un stockage à petite échelle (habitat individuel ou collectivité locale). Les principaux intérêts d'un tel système sont la production propre sur le lieu de consommation, la mutualisation des ressources, et la sécurité d'approvisionnement. Dans une première partie, des modèles énergétiques sont mis au point et comparés avec succès à la réalité grâce à un dispositif expérimental complètement instrumenté. Nous obtenons alors une modélisation à la fois suffisamment précise pour rendre compte des transferts énergétiques et suffisamment rapide pour permettre une optimisation du dimensionnement et de la gestion d'énergie. Nous établissons ensuite des modèles économiques complets des éléments de la chaîne afin de traduire en coût l'efficacité énergétique des composants et la performance de la gestion énergétique. Disposant de modèles énergétiques, économiques et d'outils de dimensionnement et de gestion, nous avons effectué une étude d'optimisation fondée sur des cas simples de systèmes multi-production. Pour aborder ce difficile problème, nous nous sommes alors placés dans le cadre d'un producteur-consommateur dont les conditions météo au site de production ainsi que sa propre consommation sont supposées connues, donc déterministes. La problématique était alors la recherche de stratégies de gestion des flux d'énergie et des caractéristiques fondamentales des éléments de l'installation (puissances crêtes photovoltaïque, éolienne, capacité de stockage, ...) optimales permettant la minimisation du coût énergétique.

Le transport maritime fait face à trois défis majeurs : le dérèglement climatique, l'augmentation du cours du baril et le durcissement des normes internationales en termes de pollution et d'émission de CO2. Ce triple challenge peut être relevé en réduisant la consommation de fioul. L'efficacité énergétique des navires est déjà très bonne en comparaison des autres moyens de transport mais elle peut et doit encore progresser. Il existe à cet effet de multiples solutions techniques et opérationnelles. Mais évaluer leur impact réel sur les économies finales n'est pas toujours chose aisée étant donnée la complexité des navires. Une première approche globale de modélisation énergétique du navire tente de répondre à cette problématique. Basée sur le premier principe de la thermodynamique, cette approche a permis de modéliser un paquebot. La consommation de fioul et les émissions associées ont été calculées avec un niveau d'exactitude satisfaisant. Le modèle s'est de plus montré très utile dans la comparaison d'alternatives de conception, illustrant ainsi sa capacité à évaluer les solutions d'économie d'énergie. Une deuxième approche vient compléter la première. Basée cette fois-ci sur le second principe et notamment sur le concept d'exergie, cette approche propose une description plus détaillée et physique du navire. Elle permet d'évaluer précisément les gains d'énergie possibles et en particulier la part convertible en travail mécanique. Cette approche novatrice a nécessité le développement de nouveaux modèles et notamment un nouveau modèle de moteur diesel basé sur l'approche moyenne et qui permet de calculer la balance thermique complète et ce sur tout le champ moteur.