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Le secteur du bâtiment, responsable de plus de 40% de consommation d’énergie globale et un tiers des émissions de gaz à effet de serre mondial, est un des centres de préoccupations autour des sujets liés au changement climatique et l’indépendance énergétique. Le travail de recherche a exigé l’apport de connaissances supplémentaires et la création d’outils spécifiques orientés sur l’optimisation globale du management énergétique des bâtiments de type tertiaire. Une problématique industrielle est associée à ces enjeux de transitions énergétique et écologique, à savoir le frein observé à la mise en place de plans d’actions de rénovation. En effet, pour des opérations d’optimisation ou de rénovation de petites-moyennes envergures, les coûts initiaux d’études et de métrologie représentent plus de 50% de leur coût global. Cette mise de fonds induit un retour sur investissement très long. Face à ce paramètre financier prohibitif, beaucoup d’entreprises sont réticentes à mettre en place ce type d’action. L’objectif opérationnel a donc été de proposer une solution permettant de réduire drastiquement ces coûts préliminaires.Les aspects abordés dans la thèse sont : l’état de l’art du fonctionnement du bâtiment et des enjeux associés, la création d’un outil de collecte et de remontée des données de fonctionnement et de performance du bâtiment grâce à un réseau de mesure in-situ dédié, concomitant à l’élaboration d’un modèle thermique simplifié adjoint facilitant la compréhension de son comportement, puis l’identification de ses paramètres "observables" de conception et de fonctionnement par méthode inverse, et enfin le calcul de sa consommation énergétique optimale grâce à une méthode d’optimisation. Plus spécifiquement, l’approche sera orientée vers le développement d’outils pour promouvoir un accès facilité à la réduction des consommations unitaires auprès des entreprises au niveau national et l’intégration d’une intelligence pour l’optimisation énergétique des éléments climatiques du bâtiment ou son usage, ou encore une interface ergonomique homme-machine permettant un management efficace de son fonctionnement. Dans les faits, le problème observé est holistique et ne peut pas être pris en compte de manière sectorielle. Il est impératif d’y intégrer tous les processus impliqués dans le bâtiment et son usage (aspect comportemental des usagers). L’approche utilisée a été orientée afin de prendre en compte ultérieurement des paramètres autres que strictement énergétique, tel que les coûts ou le confort / The building field is responsible of about 40% of global energy consumption and a third of world greenhouse gas emissions. It is a main concern subject in climate change issues and fossil fuel independency. The aim of the PhD work is to bring more knowledge about thermal modeling and to create specific tools which are capable of globally optimize the office building energy management. The industrial purpose is associated with its area of expertise, which is advice in energy and ecologic transition. It concerns the difficulty to implement a retrofit action planning. Indeed, for small or middle retrofit actions, the initial study and metrology costs represent over 50% of the overall cost. This down payment induces a long return of investment. Faced with this prohibitive financial parameter, a lot of companies are reluctant to implement this type of actions. The proposed purpose is a solution that drastically reduces preliminary costs. The aspects addressed in this thesis are: the building operation state of art and its associated issues, the creation of reporting and collecting data tool of building operation and performance thanks to a dedicated in-situ measurement network, concomitant with the development of a simplified adjoin thermal model. It facilitates the understanding of its behavior. Then the final aspect are the two steps of optimization. The first is the observable building design and operation parameters with an inverse method, the second is the calculation of optimal energy consumptions. The approach is specifically oriented through the development of tools allowing a facilitated access to energy reduction action for national companies. This should assist the integration of an intelligence for energy optimization for building climatics and thermal equipments or usage. The result could be a new ergonomic man-machine interface for stock building effective management. In the facts, the problem is holistic and cannot be handle sectorally. It is imperative to integrate all the process involved in the building and its use (user behavior). The approach have been oriented to take later into account other parameters than strictly energy, as costs of comfort

Ces dernières années, de nouvelles stratégies ciblant un accompagnement de la mobilité du trait de côte plutôt que sa fixation ont vu le jour. Parmi celles-ci, les ouvrages atténuateur de houle visent à protéger la côte en dissipant l’énergie des vagues par déferlement bathymétrique, tout en restant invisibles depuis la plage. Leur utilisation a toutefois eu des effets contrastés et les processus hydro-sédimentaires induits par ces structures restent mal connus. L’objectif général de ce travail est de mieux comprendre les effets de ces atténuateurs de houle sur la morphodynamique littorale, notamment sur des sites où l’évolution de l’avant-côte est complexe et dynamique. L’observation des effets induits par un atténuateur de houle installé au lido de Sète (Golfe du Lion), sur la dynamique littorale est réalisée via un dispositif vidéo qui permet de caractériser l’évolution morphologique du système. En s’appuyant sur une méthode automatique de correction des images développée dans le cadre de cette thèse, l’estimation de la bathymétrie par inversion de la célérité des vagues et ses erreurs associées sont évaluées pour la première fois en Méditerranée. Les observations montrent que l’atténuateur de houle impacte de manière importante la morphologie et la dynamique des barres sableuses pré-littorales et révèlent que l’élargissement de la plage résulte principalement de son couplage avec la nouvelle forme de barre plus linéaire. Le modèle morphodynamique 2DBeach est ensuite implémenté sur Sète et sur un second site atelier en Australie où un récif artificiel de taille et de forme différente a été mis en place. Les simulations réalisées permettent de déterminer les circulations induites par ces ouvrages ainsi que les évolutions sédimentaires associées. Enfin, ce travail met en lumière les différents processus physiques contrôlant l’influence d’un atténuateur de houle sur les évolutions morphologiques des barres sableuses pré-littorales et du trait de côte, et renforce des connaissances essentielles à la gestion durable des plages sableuses. / In recent years, traditional coastal defense strategy has become increasingly unpopular as it is costly and lastingly scars the landscape with sometimes limited effectiveness or even adverse impact. Mimicking natural reefs, submerged breakwaters aims to protect the coast, decreasing wave energy through wave breaking offshore with the advantage of remaining invisible from the beach. The general objective of this work is to better understand the different morphodynamic processes that interact in the presence of these structures, especially for complex beach morphology with highly dynamic sandbars. The observation of the effects induced by a submerged breakwater deployed at the Lido of Sète (Gulf of Lions) on the morphological response is performed using a video monitoring system. Based on an automatic method for image correction developed in this thesis, a video-derived depth inversion algorithm was tested to infer nearshore bathymetry from remotely-sensed wave parameters. Our observations show that the submerged breakwater had a profound impact on the shoreline-sandbar system and suggest that, on barred beaches, the role of the sandbar is critical to shoreline response to the implementation of such a structure. The expected salient formation was not observed and, instead, shoreline coupled to the modified sandbar geometry, which resulted in a slight seaward migration of the shoreline in the lee of the structure. In order to characterize the nearshore circulation induced by these structures and to better assess sediment transport, the morphodynamic model 2DBeach was then implemented on Sète and at another beach in Australia where an artificial reef of different size and shape has been deployed. This work allows a better understanding of the influence of a submerged breakwater on the morphological evolution of sandbars and shoreline on time scales from storm to years, and provides new insight into nearshore system response to better design sustainable management of sandy beaches.

La probabilité des fautes transitoires augmente avec l'évolution des technologies. Ceci a suscité un intérêt croissant pour les méthodes prédictives d'analyse des comportements erronés d'un circuit. Ce travail porte sur l'étude de deux aspects complémentaires : l'injection de fautes dans des circuits décrits au niveau RTL et l'analyse des résultats obtenus à l'issue de campagnes d'injection.<br />Nous présentons une nouvelle approche pour la génération de mutants, permettant l'instrumentation d'un circuit pour des modèles de fautes hétérogènes. Pendant la définition d'une campagne d'injection de fautes, le flot d'analyse que nous avons proposé permet au concepteur d'introduire, dans le même circuit, des inversions de bits uniques (SEU) ou multiples (MBF), ou encore des transitions erronées. En outre, nous avons visé une génération de mutant la plus efficace selon plusieurs contraintes qui incluent (1) la modification simple et automatique de la description initiale du circuit, (2) l'optimisation des entrées additionnelles pour le contrôle d'injection et (3) la réduction du surcoût matériel après synthèse pour une bonne compatibilité avec des campagnes d'injection de fautes basées sur l'émulation.<br />Dans le flot d'analyse, un modèle comportemental est généré permettant au concepteur d'identifier les chemins de propagation d'erreurs dans le circuit. Une telle analyse vise à identifier, très tôt dans le flot de conception, les modes de défaillance inacceptables d'un circuit afin de modifier immédiatement sa description et ainsi améliorer sa robustesse.<br />Nous présentons des résultats obtenus suite à des injections multi niveaux dans des descriptions VHDL de circuits numériques. Ces résultats démontrent qu'une campagne d'injection réalisée très tôt dans le processus de conception, sur une description encore très éloignée de l'implémentation finale, peut donner des informations très utiles sur les caractéristiques de sûreté d'un circuit.

Pathogenic organisms are transmitted to the host organism through all possible connected pathways, and cause a myriad of diseases states. Commonly occurring curable infectious diseases still impose the greatest health impacts on a worldwide perspective. The Bill &amp; Melinda Gates Foundation partnered with RAND Corporation to form the Global Health Diagnostics Forum, with the goal of establishing and interpreting mathematical models for what effects a newly introduced point-of-care pathogen diagnostic would have in developing countries. The results were astonishing, with potentially millions of lives to be saved on an annual basis. Golden standard for diagnostics of pathogenic bacteria has long been cultureable medias. Environmental biologists have estimated that less than 1% of all bacteria are cultureable. Genomic-based approaches offer the potential to identify all microbes from all the biological kingdoms. Nucleic acid based pathogen diagnostics has evolved significantly over the past decades. Novel technologies offer increased potential in sensitivity, specificity, decreased costs and parallel sample management. However, most methods are confined to core laboratory facilities. To construct an ultimate nucleic acid based diagnostic for use in areas of need, potential frontline techniques need to be identified and combined. The research focus of this doctoral thesis work has been to develop and apply nucleic acid based methods for pathogen diagnostics. Methods and assays were applied to the two distinct systems i) screening for antibiotic resistance mutations in the bacterial pathogen Neisseria gonorrhoeae, and ii) genotype determination of the cancer causative Human Papillomavirus (HPV). The first part of the study included development of rapid, direct and multiplex Pyrosequencing nucleic acid screenings. With improved methodology in the sample preparation process, we could detect an existence of multiple co-infecting HPV genotypes at greater sensitivities than previously described, when using the same type of methodology. The second part of the study focused on multiplex nucleic acid amplification strategies using Molecular Inversion Probes with end-step Pyrosequencing screening. The PathogenMip assay presents a complete detection schematic for virtually any known pathogenic organism. We also introduce the novel Connector Inversion Probe, a padlock probe capable of complete gap-fill reactions for multiplex nucleic acid amplifications. / Patogena organismer smittas till värd organismen genom alla möjliga kontaktnätverk och skapar en mångfald olika sjukdomstillstånd. Dock är det fortfarande vanligt förekommande behandlingsbara infektiösa sjukdomar som orsakar den största hälsoförlusten, sett från ett globalt perspektiv. Bill och Melinda Gates Stiftelsen samarbetade med RAND kooperation för att forma “The Global Health Diagnostics Forum”. Deras mål var att etablera och analysera matematiska modeller för vilka effekter en ny diagnostisk metod utrustat för fältarbete skulle ha i utvecklingsländer. Resultaten var häpnadsveckande, med potentiellt miljoner av liv som skulle kunna räddas på en årlig basis. Den etablerade standarden för diagnostik av patogena bakterier har länge varit kultiveringsmedia baserad. Miljö specialiserade biologer har estimerat att mindre än 1 % av alla bakterie arter går att kultivera. Dock erbjuder genetiska analyser potentialen att kunna identifiera alla mikrober från alla de biologiska rikena. Nukleinsyrebaserade diagnostiska metoder har märkbart förbättrats över de senaste årtionden. Nya tekniker erbjuder utökad sensitivitet, selektivitet, sänkta kostnader och parallella analyser av patient prover. Dock är de flesta metoderna begränsade till standardiserade laboratoriemiljöer. För att konstruera en väl fungerande diagnostisk fältutrustning för användning i problem områden, behöver världsledande tekniker identifieras och kombineras. Fokuseringsområdet för denna doktorsavhandling har varit att utveckla och utföra nukleinsyrebaserade metoder för patogen diagnostik. Metoder och experimentella utförande applicerades på två distinkta system i) sökning av antibiotika resistens relaterade mutationer i den patogena bakterien Neisseria gonorrhoeae och ii) genotypning av det cancer orsakande Humana Papillomaviruset (HPV). Den första delen av studien inriktade sig mot utveckling av snabba, direkta och multiplexa Pyrosekvenserings baserade nukleinsyreanalyser. Med förbättrad provprepareringsmetodologi kunde vi detektera multipla HPV infektioner med högre sensitivitet än vad tidigare beskrivits med liknande metodologi. Den andra delen av studien fokuserades på multiplexa nukleinsyre amplifikationer med “Molecular Inversion Probe” tekniken med sista steg Pyrosekvenserings analys. “PathogenMip assay” erbjuder ett komplett detektionsprotokoll för alla kända patogena organismer. Vi introducerar även den nya “Connector Inversion Probe”, en “Padlock Probe” kapabel att genomföra kompletta gap fyllningar för multiplex nukleinsyre amplifiering. / QC 20100624

We are concerned with the high-fidelity subsurface imaging of the soil, which commonly arises in geotechnical site characterization and geophysical explorations. Specifically, we attempt to image the spatial distribution of the Lame parameters in semi-infinite, three-dimensional, arbitrarily heterogeneous formations, using surficial measurements of the soil's response to probing elastic waves. We use the complete waveforms of the medium's response to drive the inverse problem. Specifically, we use a partial-differential-equation (PDE)-constrained optimization approach, directly in the time-domain, to minimize the misfit between the observed response of the medium at select measurement locations, and a computed response corresponding to a trial distribution of the Lame parameters. We discuss strategies that lend algorithmic robustness to the proposed inversion schemes. To limit the computational domain to the size of interest, we employ perfectly-matched-layers (PMLs). The PML is a buffer zone that surrounds the domain of interest, and enforces the decay of outgoing waves. In order to resolve the forward problem, we present a hybrid finite element approach, where a displacement-stress formulation for the PML is coupled to a standard displacement-only formulation for the interior domain, thus leading to a computationally cost-efficient scheme. We discuss several time-integration schemes, including an explicit Runge-Kutta scheme, which is well-suited for large-scale problems on parallel computers. We report numerical results demonstrating stability and efficacy of the forward wave solver, and also provide examples attesting to the successful reconstruction of the two Lame parameters for both smooth and sharp profiles, using synthetic records. We also report the details of two field experiments, whose records we subsequently used to drive the developed inversion algorithms in order to characterize the sites where the field experiments took place. We contrast the full-waveform-based inverted site profile against a profile obtained using the Spectral-Analysis-of-Surface-Waves (SASW) method, in an attempt to compare our methodology against a widely used concurrent inversion approach. We also compare the inverted profiles, at select locations, with the results of independently performed, invasive, Cone Penetrometer Tests (CPTs). Overall, whether exercised by synthetic or by physical data, the full-waveform inversion method we discuss herein appears quite promising for the robust subsurface imaging of near-surface deposits in support of geotechnical site characterization investigations.

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Cryptographic protocols are implemented in hardware to ensure low-area, high speed and reduced power consumption especially for mobile devices. Elliptic Curve Cryptography (ECC) is the most commonly used public-key cryptosystem and its performance depends heavily on efficient finite field arithmetic hardware. Finding the multiplicative inverse (inversion) is the most expensive finite field operation in ECC. The two predominant algorithms for computing finite field inversion are Fermat’s Little Theorem (FLT) and Extended Euclidean Algorithm (EEA). EEA is reported to be the most efficient inversion algorithm in terms of performance and power consumption. This dissertation presents a new reformulation of EEA algorithm, which allows for speedup and optimization techniques such as concurrency and resource sharing. Modular arithmetic operations over GF(p) are introduced for small values of p, observing interesting figures, particularly for modular division. Whereas, polynomial arithmetic operations over GF(pm) are discussed adequately in order to examine the potential for processes concurrency. In particular, polynomial division and multiplication are revisited in order to derive their iterative equations, which are suitable for systolic array implementation. Consequently, several designs are proposed for each individual process and their complexities are analyzed and compared. Subsequently, a concurrent divider/multiplier-accumulator is developed, while the resulting systolic architecture is utilized to build the EEA-based inverter. The processing elements of our systolic architectures are created accordingly, and enhanced to accommodate data management throughout our reformulated EEA algorithm. Meanwhile, accurate models for the complexity analysis of the proposed inverters are developed. Finally, a novel, fast, and compact inverter over binary fields is proposed and implemented on FPGA. The proposed design outperforms the reported inverters in terms of area and speed. Correspondingly, an EEA-based inverter over ternary fields is built, showing the lowest area-time complexity among the reported inverters. / Graduate

Nous proposons une nouvelle procédure de mesure permettant de tracer la courbe de résistivité en fonction de l'écartement électrode de courant-électrode de potentiel relié à la profondeur d'investigation et au gradient de teneur en eau. Les mesures de résistivité au droit des armatures sont réalisées et une procédure d'inversion permettant de remonter au gradient de résistivité est mise en place. Deux types de mesures ont été effectués expérimentalement, sur des dalles en béton armé et non armée. Deux types de gradient sont étudiés : le séchage et l'humidification. La présence de l'armature diminue significativement la résistivité à cause d'un effet de court-circuit. Les mesures montrent l'intérêt de la procédure pour l'étude du gradient de teneur en eau. Pour la partie numérique la simulation a montré que la mesure de résistivité permet effectivement de déterminer le gradient de résistivité et de définir les paramètres électrochimiques de l'acier via le modèle de Butler-Volmer. / We propose a new measurement procedure that allows drawing a resistivity curve as a function of the spacing between current electrode and potential electrode which is linked to the investigation depth and the water content gradient. The resistivity measurements above the rebars are performed and an inversion procedure to assess the resistivity gradient is carried out. For the experimental part two kinds of measurement are performed on concrete slabs (reinforced and unreinforced). Two gradient types are studied: drying and wetting. The presence of the reinforcement significantly decreases the measurement of the resistivity. The measurements show the interest of the proposed procedure for the study of the water content gradient. Two measurement results were considered in numerical analyses. The simulation shows that it is possible to assess the resistivity gradient and the electrochemical parameters of the rebar via the Butler-Volmer model.

Ces travaux s’inscrivent dans le cadre des recherches sur l’optimisation du séchage par atomisation de suspensions colloïdales employées pour la production de supports de catalyseurs. Pour mieux appréhender les phénomènes fondamentaux qui régissent ce procédé, le problème a été ramené à celui de l’étude expérimentale et la modélisation du séchage d’une goutte unique en lévitation dans un champ acoustique sous flux gazeux. L’expérience permet de contrôler les différents paramètres de séchage dans la chambre d’évaporation. Le suivi du séchage a été réalisé à l’aide de techniques optiques (vélocimétrie laser, imagerie en transmission et diffractométrie à l’angle d’arc-en-ciel) et des analyses post-mortem complémentaires. L’emploi de la diffractométrie arc-en-ciel a nécessité le développement d’un modèle d’optique géométrique avancé capable de décrire la diffusion de gouttes ellipsoïdales et les effets des suspensions nanoparticulaires sur le phénomène d’arc-en-ciel. Le modèle de séchage est un modèle à symétrie radiale. Il permet de prédire les taux d’évaporation, les profils internes de concentration et la déformation finale du grain. Les comparaisons expérimentales ont montré qu’il prédit très correctement le taux de séchage des gouttes colloïdales pour des nombres de Reynolds compris entre 100 et 230, des températures comprises entre 25°C et 55°C et des taux d’hygrométrie compris entre 2.5% et 70%. Il ressort également que le seuil de croûtage, identifié ici à partir du changement de régime du taux d’évaporation, semble intervenir pour des concentrations volumiques locales en nanoparticules de l’ordre de 12.3% bien inférieures aux concentrations de blocage des pâtes. / This PhD work takes place in the framework of researches on the optimization of the spray drying of colloidal suspensions used for catalyst support production. To better understand fundamental phenomena governing this process, the problem is reduced to the experimental study and modelling of the drying of a single droplet levitated in an acoustic field with an external gas flow. The experiment allows also controlling parameters such as composition of the suspension, temperature or humidity inside evaporation chamber. The drying is monitored using in situ optical diagnostics (particle image velocimetry, shadowgraphy and rainbow diffractometry) as well as post-mortem analyzes. The use of rainbow diffractometry has required the development of advanced light scattering models accounting for the droplet non-sphericity and heterogeneity. The drying model is a model with radial symmetry. It predicts various quantities such as the droplet evaporation rate, internal concentration profile or the deformation of the final grain. Experimental comparisons show that this model can accurately predicts the drying rate of colloidal droplet for Reynolds numbers ranging from 100 to 230, temperatures between 25°C and 55°C and relative humidity between 2.5% and 70%. It is also shown that the crust compactness factor, about 12% when identified from the change in the rate of evaporation, is much lower than that reported classically for the jamming of dense suspensions.