Les simulations multi-agents reproduisent un phénomène en modélisant intuitivement son fonctionnement au niveau microscopique. Ce fonctionnement est décrit par le comportement d'entités autonomes qui agissent dans un environnement commun. Toutefois, les approches actuelles restreignent les interactions à des effets de bord ou ne fournissent aucune méthodologie réifiant la notion d'interaction. La conception de simulations contenant un grand nombre d'agents interagissant de manière variée s'en trouve complexifiée. Nous soutenons que pour faciliter la conception des simulations, il est préférable que toute entité soit concrétisée par un agent et tout comportement par une interaction. Le moteur de simulation doit de plus être clairement séparé des agents et interactions, de sorte que tout le système multi-agents soit régi par le même algorithme de simulation. Une telle approche procure de nombreux avantages tels que l'automatisation de l'implémentation, la réutilisabilité des interactions ou la conception graduelle du modèle du phénomène. En nous fondant sur ces principes, nous avons développé une approche centrée sur les interactions (IODA) composée d'une pyramide d'outils : un modèle formel, un ensemble d'algorithmes de simulation et une méthodologie. Nous confirmons la faisabilité de cette approche par une plateforme de simulation paramétrable (JEDI) fidèle au modèle formel et un environnement de développement intégré (JEDI-Builder) qui automatise le passage du modèle IODA au code JEDI. Nous montrons ainsi que la concrétisation logicielle des interactions a conduit à une unification du concept d'agent et à une simplification du processus de conception de simulations.

EDF souhaite utiliser la technologie de mesure de température répartie par capteur à fibre optique utilisant l’effet Raman pour réaliser des cartographies de température de certains composants de centrales nucléaires. Les conditions environnementales auxquelles le capteur à fibre optique est soumis sont particulièrement agressives (température de 350 °C et rayonnements gamma ionisants). Les rayonnements ionisants sont responsables de la création de défauts structurels au cœur de la fibre, qui atténuent sa transmission lumineuse, et dont les effets engendrent une erreur de mesure de température pouvant aller jusqu'à l’interruption totale de la mesure. La haute température, quant à elle, dégrade le revêtement protecteur de la fibre optique, ce qui la fragilise mécaniquement. Des irradiations gamma in situ sur des fibres optiques multimodes commerciales à revêtement or protégées par une gaine en acier inoxydable ont été réalisées, à l’aide de deux sources de rayonnements différentes, pour observer l'atténuation radio-induite du capteur à fibre optique en fonction du débit de dose et de la dose cumulée. Les effets du rayonnement à température ambiante, puis à haute température, ont été observés. Ce travail expérimental démontre que la haute température peut être maîtrisée grâce à une fibre à revêtement or, et que la haute température est bénéfique contre l’atténuation de la fibre engendrée par l’irradiation. La mise en œuvre de capteur de température à fibre optique en environnement sévère devient possible, ainsi que l’estimation des incertitudes sur la mesure associée. / EDF is working on Raman distributed temperature sensing using optical fiber sensors in order to map temperature of nuclear power plants big components. The sensor has to sustain harsh environmental conditions (temperatures up to 350 °C and gamma ionizing radiations). Ionizing radiations can create structural defects inside the fiber’s core, which attenuate the light transmission. This phenomenon can lead to temperature measurements errors until no measurement is possible. As for high temperature, it can affect the fiber coating, which mitigate the fiber mechanical resistance.Gamma rays in situ irradiations have been carried out over commercial off-the-shelf multimode gold coated fibers protected with a stainless steel metal tubing, with two different radiation sources, in order to observe radiation-induced attenuation over dose rate or cumulated dose. Effects of gamma rays over gold coated optical fiber sensors have been observed at both room anhigh temperature.This experimental work enlightens that high temperature can be controlled with gold coated fibers, and that the radiation-induced attenuation downsides can efficiently be balanced with high temperature. Implementation of a Raman distributed temperature optical fiber sensor in such harsh environments becomes possible, as well as the associated estimation of measurement uncertainty.

Cette thèse porte sur le développement d'une approche de modélisation destinée à quantifier la durabilité de systèmes industriels à partir de biomasse (considérés comme des systèmes complexes), et à fournir un outil d’aide à la décision qui permette, en modifiant certaines de leurs caractéristiques, de diminuer leurs impacts environnementaux.Elle s’appuie sur deux études de cas régionales : la première permet de tester l’hypothèse théorique pour évaluer les facteurs qui contribuent à l’adoption par les agriculteurs du « panic érigé » (switchgrass) dans l’Etat du Michigan (USA), et les effets associés en termes d’impacts environnementaux, en utilisant un modèle multi-agents couplé à l’analyse du cycle de vie ; la seconde combine modélisation multi-agents et système d'information géographique par le biais d’une analyse de flux de matières et d’énergie pour révéler les opportunités symbiotiques d’un écosystème agro-industriel en Champagne-Ardenne (France).On montre que ces deux modèles fonctionnels ont une valeur ajoutée significative pour l’analyse de systèmes sociotechniques durables et la simulation de scénarios futurs / This research is about developing a modeling framework in order to quantify the sustainability of industrial systems for biomass energy (conceived of as complex systems), and to provide decisionmakers with an aiding-tool for reducing their environmental impacts by modifying some of their features.It draws upon two regional case-studies. In the first one, an hybrid agent-based/life cycle assessment approach is used to test the theoretical background, understand the main decision-making factors influencing farmers’ adoption of switchgrass ethanol in Michigan (USA) and assess how such patterns affect environmental impacts. In the second case-study, agent-based modeling and geographical information system are used together via material and energy flow analysis to reveal the potential for industrial symbiosis in the bio-economy cluster of Champagne-Ardenne (France). We show that both models have a significant added value for the analysis of sustainable complex systems and the simulation of future scenarios

Cette thèse s’intéresse aux concepts de mobilité et de gestion du spectre dans les réseaux à radio cognitive. Ainsi, nous avons proposé deux approches décentralisées basées sur les systèmes multi-agents (SMA). Nous avons, tout d’abord, intégré des agents au sein des utilisateurs secondaires (n’ayant pas de licence pour l’accès au spectre) et des utilisateurs primaires (disposant d’une licence) et nous avons défini leurs comportements au moment du handover. Notre première solution NESAM propose un mécanisme de négociation entre les agents permettant aux utilisateurs secondaires de se voir allouer une bande de spectre avec un bon rapport prix par durée d’allocation. Nous avons, par ailleurs, proposé une deuxième solution LASMA qui se base sur l’enchère combinée avec de l’apprentissage pour assurer une gestion efficace du spectre ainsi qu’une gestion de la mobilité des utilisateurs à radio cognitive. Nos algorithmes prennent en compte les préférences des utilisateurs, comme la fréquence spectrale, le prix et la durée ainsi que les contraintes de l’environnement spectral telles que les bandes de fréquences disponibles. Nos propositions assurent une exploitation importante des ressources spectrales tout en diminuant le nombre de handovers spectraux. De plus, nos algorithmes offrent un handover spectral transparent et sans interruption lors des déplacements des utilisateurs. Nous avons prouvé également que nos solutions permettent de satisfaire les besoins des utilisateurs et d’améliorer leur utilité / In this thesis, we are interested in mobile cognitive radio networks while ensuring an efficient spectrum sharing and seamless handover at the same time. Hence, we propose two decentralized approaches based on multi-agents systems. We first deployed agents on each primary (licensed) and secondary (unlicensed cognitive radio) users, respectively. Besides, we define agents’ behaviors during the handover process.Our proposal NESAM defines a novel negotiation mechanism between agents to allow secondary users assigning the appropriate spectrum band giving a good price for the use duration. We have also proposed a second solution LASMA using the learning based auctions. Our algorithms take into account users’ requirements such as spectrum frequency, price and duration as well as environment’s constraints such as available resources.Our proposals improve the overall spectrum utilization and minimize the number of spectrum handovers when users move from one network to another one. This proves that our algorithms ensure efficient spectrum allocation and enable seamless handover during user’s mobility. Besides, we proved that our approaches guarantee users’ satisfaction and improve their utility

In this thesis, we examine algorithms for the division of labour in a group of robot. The algorithms make no use of direct communication. Instead, they are based only on the interactions among the robots and between the group and the environment.<p><p>Division of labour is the mechanism that decides how many robots shall be used to perform a task. The efficiency of the group of robots depends in fact on the number of robots involved in a task. If too few robots are used to achieve a task, they might not be successful or might perform poorly. If too many robots are used, it might be a waste of resources. The number of robots to use might be decided a priori by the system designer. More interestingly, the group of robots might autonomously select how many and which robots to use. In this thesis, we study algorithms of the latter type.<p><p>The robotic literature offers already some solutions, but most of them use a form of direct communication between agents. Direct, or explicit, communication between the robots is usually considered a necessary condition for co-ordination. Recent studies have questioned this assumption. The claim is based on observations of animal colonies, e.g. ants and termites. They can effectively co-operate without directly communicating, but using indirect forms of communication like stigmergy. Because they do not rely on communication, such colonies show robust behaviours at group level, a condition that one wishes also for groups of robots. Algorithms for robot co-ordination without direct communication have been proposed in the last few years. They are interesting not only because they are a stimulating intellectual challenge, but also because they address a situation that might likely occur when using robots for real-world out-door applications. Unfortunately, they are still poorly studied.<p><p>This thesis helps the understanding and the development of such algorithms. We start from a specific case to learn its characteristics. Then we improve our understandings through comparisons with other solutions, and finally we port everything into another domain.<p><p>We first study an algorithm for division of labour that was inspired by ants' foraging. We test the algorithm in an application similar to ants' foraging: prey retrieval. We prove that the model used for ants' foraging can be effective also in real conditions. Our analysis allows us to understand the underlying mechanisms of the division of labour and to define some way of measuring it.<p><p>Using this knowledge, we continue by comparing the ant-inspired algorithm with similar solutions that can be found in the literature and by assessing their differences. In performing these comparisons, we take care of using a formal methodology that allows us to spare resources. Namely, we use concepts of experiment design to reduce the number of experiments with real robots, without losing significance in the results.<p><p>Finally, we apply and port what we previously learnt into another application: Sensor/Actor Networks (SANETs). We develop an architecture for division of labour that is based on the same mechanisms as the ants' foraging model. Although the individuals in the SANET can communicate, the communication channel might be overloaded. Therefore, the agents of a SANET shall be able to co-ordinate without accessing the communication channel. / Doctorat en sciences appliquées / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Cette thèse propose une approche d’ingénierie consistant à paralléliser des simulateurs DEVS existants, sans être obligé de modifier les algorithmes de l’implémentation initiale, mais en injectant des composants additionnels adaptés au protocole de communication intercomposants en vigueur. Les algorithmes de simulation de ces nouveaux composants appelés « Manteaux », sont définis. Une démarche d’ingénierie permettant de systématiser le passage d’une implémentation à sa contrepartie parallèle et distribuée est ensuite proposée. Cette démarche s’appuie sur les principes de méta modélisation et de transformation de modèles inspirés de l’Ingénierie Dirigée par les Modèles (IDM). Sa généricité en garantit la réutilisabilité avec tout simulateur séquentiel DEVS. / This thesis proposes an engineering approach to parallelize existing DEVS simulators without having to modify the algorithms of the initial implementation, but by injecting additional components suitable for inter-component communication protocol into force. The simulation algorithms of these new components called "Coats" are defined.An engineering approach to systematize the passage from one implementation to its counterpart parallel and distributed is then proposed. This approach is based on metamodeling and models transformation principles inspired of Model Driven Engineering (MDE). Its genericity guarantees the reusability with any sequential DEVS simulator.

Cette thèse s’intéresse à la gestion décentralisée des données récoltées par les réseaux de capteurs dans le contexte des réseaux électriques intelligents (smart grids). Nous proposons une architecture décentralisée basée sur les systèmes multi-agents pour la gestion des données et de l’énergie dans un smart grid. En particulier, nos travaux traitent de la gestion des données des réseaux de capteurs dans le réseau de distribution d’un smart grid et ont pour objectif de lever deux verrous essentiels : (1) l'identification et la détection de défaillances et de changements nécessitant une prise de décision et la mise en œuvre des actions correspondantes ; (2) la gestion des grandes quantités de données qui seront récoltées suite à la prolifération des capteurs et des compteurs communicants. La gestion de ces informations peut faire appel à plusieurs méthodes, dont l'agrégation des paquets de données sur laquelle nous nous focalisons dans cette thèse. Nous proposons d’agréger (PriBaCC) et/ou de corréler (CoDA) le contenu de ces paquets de données de manière décentralisée. Ainsi, le traitement de ces données s'effectuera plus rapidement, ce qui aboutira à une prise de décision rapide et efficace concernant la gestion de l'énergie. La validation par simulation de nos contributions a montré que celles-ci répondent aux enjeux identifiés, notamment en réduisant le volume des données à gérer et le délai de communication des données prioritaires / This thesis focuses on the decentralized management of data collected by wireless sensor networks which are deployed in a smart grid, i.e. the evolved new generation electricity network. It proposes a decentralized architecture based on multi-agent systems for both data and energy management in the smart grid. In particular, our works deal with data management of sensor networks which are deployed in the distribution electric subsystem of a smart grid. They aim at answering two key challenges: (1) detection and identification of failure and disturbances requiring swift reporting and appropriate reactions; (2) efficient management of the growing volume of data caused by the proliferation of sensors and other sensing entities such as smart meters. The management of this data can call upon several methods, including the aggregation of data packets on which we focus in this thesis. To this end, we propose to aggregate (PriBaCC) and/or to correlate (CoDA) the contents of these data packets in a decentralized manner. Data processing will thus be done faster, consequently leading to rapid and efficient decision-making concerning energy management. The validation of our contributions by means of simulation has shown that they meet the identified challenges. It has also put forward their enhancements with respect to other existing approaches, particularly in terms of reducing data volume as well as transmission delay of high priority data

Avec l'augmentation du nombre de capteurs et d'actuateurs dans les avions et le développement de liaisons de données fiables entre les avions et le sol, il est devenu possible d'améliorer la sécurité et la fiabilité des systèmes à bord en appliquant des techniques d'analyse en temps réel. Cependant, étant donné la disponibilité limité des ressources de calcul embarquées et le coût élevé des liaisons de données, les solutions architecturelles actuelles ne peuvent pas exploiter pleinement toutes les ressources disponibles, limitant leur précision.Notre but est de proposer un algorithme distribué de prédiction de panne qui pourrait être exécuté à la fois à bord de l'avion et dans une station au sol tout en respectant un budget de communication. Dans cette approche, la station au sol disposerait de ressources de calcul rapides et de données historiques et l'avion disposerait de ressources de calcul limitées et des données de vol actuelles.Dans cette thèse, nous étudierons les spécificités des données aéronautiques et les méthodes déjà existantes pour produire des prédictions de pannes à partir de ces dernières et nous proposerons une solution au problème posé. Notre contribution sera détaillé en trois parties.Premièrement, nous étudierons le problème de prédiction d'événements rares créé par la haute fiabilité des systèmes aéronautiques. Beaucoup de méthodes d'apprentissage en classification reposent sur des jeux de données équilibrés. Plusieurs approches existent pour corriger le déséquilibre d'un jeu de donnée et nous étudierons leur efficacité sur des jeux de données extrêmement déséquilibrés.Deuxièmement, nous étudierons le problème d'analyse textuelle de journaux car de nombreux systèmes aéronautiques ne produisent pas d'étiquettes ou de valeurs numériques faciles à interpréter mais des messages de journaux textuels. Nous étudierons les méthodes existantes basées sur une approche statistique et sur l'apprentissage profond pour convertir des messages de journaux textuels en une forme utilisable en entrée d'algorithmes d'apprentissage pour classification. Nous proposerons notre propre méthode basée sur le traitement du langage naturel et montrerons comment ses performances dépassent celles des autres méthodes sur un jeu de donnée public standard.Enfin, nous offrirons une solution au problème posé en proposant un nouvel algorithme d'apprentissage distribué s'appuyant sur deux paradigmes d'apprentissage existant, l'apprentissage actif et l'apprentissage fédéré. Nous détaillerons notre algorithme, son implémentation et fournirons une comparaison de ses performances avec les méthodes existantes / With the rise of the number of sensors and actuators in an aircraft and the development of reliable data links from the aircraft to the ground, it becomes possible to improve aircraft security and maintainability by applying real-time analysis techniques. However, given the limited availability of on-board computing and the high cost of the data links, current architectural solutions cannot fully leverage all the available resources limiting their accuracy.Our goal is to provide a distributed algorithm for failure prediction that could be executed both on-board of the aircraft and on a ground station and that would produce on-board failure predictions in near real-time under a communication budget. In this approach, the ground station would hold fast computation resources and historical data and the aircraft would hold limited computational resources and current flight's data.In this thesis, we will study the specificities of aeronautical data and what methods already exist to produce failure prediction from them and propose a solution to the problem stated. Our contribution will be detailed in three main parts.First, we will study the problem of rare event prediction created by the high reliability of aeronautical systems. Many learning methods for classifiers rely on balanced datasets. Several approaches exist to correct a dataset imbalance and we will study their efficiency on extremely imbalanced datasets.Second, we study the problem of log parsing as many aeronautical systems do not produce easy to classify labels or numerical values but log messages in full text. We will study existing methods based on a statistical approach and on Deep Learning to convert full text log messages into a form usable as an input by learning algorithms for classifiers. We will then propose our own method based on Natural Language Processing and show how it outperforms the other approaches on a public benchmark.Last, we offer a solution to the stated problem by proposing a new distributed learning algorithm that relies on two existing learning paradigms Active Learning and Federated Learning. We detail our algorithm, its implementation and provide a comparison of its performance with existing methods

Cette thèse s’intéresse à la gestion décentralisée à l’aide des systèmes multi-agents de l’énergie, notamment de sources renouvelables, dans le contexte des réseaux électriques intelligents (smart grids). Nos travaux de recherche visent à minimiser la facture énergétique des consommateurs en se focalisant sur deux verrous essentiels que nous nous proposons de lever : (1) résoudre le problème de l’intermittence des énergies renouvelables; (2) minimiser les pertes d’énergie. Pour pallier le problème d’intermittence des énergies renouvelables et dans le but de maintenir un coût énergétique peu onéreux même lors des pics d’utilisation, nous avons intégré un système de stockage intelligent. Nous avons, en effet, proposé des algorithmes permettant d’utiliser les systèmes de stockage intelligents et la négociation multi-agents pour réduire la facture énergétique tout en conservant un taux de décharge minimal de la batterie et une perte énergétique minimale. La validation par simulation de nos contributions a montré que celles-ci répondent aux enjeux identifiés, notamment en réduisant le coût de l’énergie pour les consommateurs en comparaison aux travaux de l’état de l’art. / This thesis focuses on the decentralized management using multi-agent systems of energy, including renewable energy sources, in the smart grid context. Our research aims to minimize consumers’ energy bills by answering two key challenges: (1) handle the problem of intermittency of renewable energy sources; (2) reduce energy losses. To overcome the problem of renewable resources intermittency and in order to minimize energy costs even during peak hours, we integrated an intelligent storage system. To this end, we propose many algorithms in order to use intelligent storage systems and multi-agent negotiation algorithm to reduce energy cost while maintaining a minimal discharge rate of the battery and minimal energy loss. The validation of our contributions has shown that our proposals respond to the identified challenges, including reducing the cost of energy for consumers, in comparison to the state of the art.

De nos jours, les entreprises d’ici et d’ailleurs sont confrontées à une concurrence mondiale sans cesse plus féroce. Afin de survivre et de développer des avantages concurrentiels, elles doivent s’approvisionner et vendre leurs produits sur les marchés mondiaux. Elles doivent aussi offrir simultanément à leurs clients des produits d’excellente qualité à prix concurrentiels et assortis d’un service impeccable. Ainsi, les activités d’approvisionnement, de production et de marketing ne peuvent plus être planifiées et gérées indépendamment. Dans ce contexte, les grandes entreprises manufacturières se doivent de réorganiser et reconfigurer sans cesse leur réseau logistique pour faire face aux pressions financières et environnementales ainsi qu’aux exigences de leurs clients. Tout doit être révisé et planifié de façon intégrée : sélection des fournisseurs, choix d’investissements, planification du transport et préparation d’une proposition de valeur incluant souvent produits et services au fournisseur. Au niveau stratégique, ce problème est fréquemment désigné par le vocable « design de réseau logistique ». Une approche intéressante pour résoudre ces problématiques décisionnelles complexes consiste à formuler et résoudre un modèle mathématique en nombres entiers représentant la problématique. Plusieurs modèles ont ainsi été récemment proposés pour traiter différentes catégories de décision en matière de design de réseau logistique. Cependant, ces modèles sont très complexes et difficiles à résoudre, et même les solveurs les plus performants échouent parfois à fournir une solution de qualité. Les travaux développés dans cette thèse proposent plusieurs contributions. Tout d’abord, un modèle de design de réseau logistique incorporant plusieurs innovations proposées récemment dans la littérature a été développé; celui-ci intègre les dimensions du choix des fournisseurs, la localisation, la configuration et l’assignation de mission aux installations (usines, entrepôts, etc.) de l’entreprise, la planification stratégique du transport et la sélection de politiques de marketing et d’offre de valeur au consommateur. Des innovations sont proposées au niveau de la modélisation des inventaires ainsi que de la sélection des options de transport. En deuxième lieu, une méthode de résolution distribuée inspirée du paradigme des systèmes multi-agents a été développée afin de résoudre des problèmes d’optimisation de grande taille incorporant plusieurs catégories de décisions. Cette approche, appelée CAT (pour collaborative agent teams), consiste à diviser le problème en un ensemble de sous-problèmes, et assigner chacun de ces sous-problèmes à un agent qui devra le résoudre. Par la suite, les solutions à chacun de ces sous-problèmes sont combinées par d’autres agents afin d’obtenir une solution de qualité au problème initial. Des mécanismes efficaces sont conçus pour la division du problème, pour la résolution des sous-problèmes et pour l’intégration des solutions. L’approche CAT ainsi développée est utilisée pour résoudre le problème de design de réseaux logistiques en univers certain (déterministe). Finalement, des adaptations sont proposées à CAT permettant de résoudre des problèmes de design de réseaux logistiques en univers incertain (stochastique).