Plusieurs types d’applications industrielles complexes, relèvent du domaine multidisciplinaire de l’Electro-Hydro-Dynamique (EHD) où les interactions entre des particules chargées et des particules neutres sont étudiées dans le contexte couplé de la dynamique des fluides et de l’électrostatique. Dans cette thèse, nous avons étudié par voie de simulation numérique certains phénomènes Electro-Hydro-Dynamiques comme l’injection unipolaire, le phénomène de conduction dans les liquides peu conducteurs et le contrôle d’écoulement avec des actionneurs plasma à barrières diélectriques (DBD). La résolution de tels systèmes physiques complexes exige des ressources de calculs importantes ainsi que des solveurs CFD parallèles dans la mesure où ces modèles EHD sont mathématiquement raides et très consommateurs en temps de calculs en raison des gammes d’échelles de temps et d’espace impliquées. Cette thèse vise à accroitre les capacités de simulations numériques du groupe Electro-Fluido-Dynamique de l’Institut Pprime en développant un solveur parallèle haute performance basé sur des modèles EHD avancés. Dans une première partie de cette thèse, la parallélisation de notre solveur EHD a été réalisée avec des protocoles MPI avancés comme la topologie Cartésienne et les Inter-communicateurs. En particulier, une stratégie spécifique a été conçue pour prendre en compte la caractéristique multi-blocs structurés du code. La nouvelle version parallèle du code a été entièrement validée au travers de plusieurs benchmarks. Les tests de scalabilité menés sur notre cluster de 1200 cœurs ont montré d’excellentes performances. La deuxième partie de cette thèse est consacrée à la simulation numérique de plusieurs écoulements EHD typiques. Nous nous sommes intéressés entre autres à l’électroconvection induite par l'injection unipolaire entre deux électrodes plates parallèles, à l’étude des panaches électroconvectifs dans une configuration d'électrodes lame-plan, au mécanisme de conduction basé sur la dissociation de molécules neutres d'un liquide faiblement conducteur. Certains de ces nouveaux résultats ont été validés avec des simulations numériques entreprises avec le code commercial Comsol. Enfin, le contrôle d’écoulements grâce à un actionneur DBD a été simulé à l’aide du modèle Suzen-Huang dans diverses configurations. Les effets de l’épaisseur du diélectrique, de l’espacement inter-électrodes, de la fréquence de la tension appliquée et sa forme d’onde, sur la vitesse maximale du vent ionique induit ainsi que sur la force électrique moyenne ont été étudiés. / Several intricately coupled applications of modern industries fall under the multi-disciplinary domain of Electrohydrodynamics (EHD), where the interactions among charged and neutral particles are studied in context of both fluid dynamics and electrostatics together. The charge particles in fluids are generated with various physical mechanisms, and they move under the influence of external electric field and the fluid velocity. Generally, with sufficient electric force magnitudes, momentum transfer occurs from the charged species to the neutral particles also. This coupled system is solved with the Maxwell equations, charge transport equations and Navier-Stokes equations simulated sequentially in a common time loop. The charge transport is solved considering convection, diffusion, source terms and other relevant mechanisms for species. Then, the bulk fluid motion is simulated considering the induced electric force as a source term in the Navier-Stokes equations, thus, coupling the electrostatic system with the fluid. In this thesis, we numerically investigated some EHD phenomena like unipolar injection, conduction phenomenon in weakly conducting liquids and flow control with dielectric barrier discharge (DBD) plasma actuators.Solving such complex physical systems numerically requires high-end computing resources and parallel CFD solvers, as these large EHD models are mathematically stiff and highly time consuming due to the range of time and length scales involved. This thesis contributes towards advancing the capability of numerical simulations carried out within the EFD group at Institut Pprime by developing a high performance parallel solver with advanced EHD models. Being the most popular and specific technology, developed for the distributed memory platforms, Message Passing Interface (MPI) was used to parallelize our multi-block structured EHD solver. In the first part the parallelization of our numerical EHD solver with advanced MPI protocols such as Cartesian topology and Inter-Communicators is undertaken. In particular a specific strategy has been designed and detailed to account for the multi-block structured grids feature of the code. The parallel code has been fully validated through several benchmarks, and scalability tests carried out on up to 1200 cores on our local cluster showed excellent parallel speed-ups with our approach. A trustworthy database containing all these validation tests carried out on multiple cores is provided to assist in future developments. The second part of this thesis deals with the numerical simulations of several typical EHD flows. We have examined three-dimensional electroconvection induced by unipolar injection between two planar-parallel electrodes. Unsteady hexagonal cells were observed in our study. 3D flow phenomenon with electro-convective plumes was also studied in the blade-plane electrode configuration considering both autonomous and non-autonomous injection laws. Conduction mechanism based on the dissociation of neutral molecules of a weakly conductive liquid has been successfully simulated. Our results have been validated with some numerical computations undertaken with the commercial code Comsol. Physical implications of Robin boundary condition and Onsager effect on the charge species were highlighted in electro-conduction in a rectangular channel. Finally, flow control using Dielectric Barrier Discharge plasma actuator has been simulated using the Suzen-Huang model. Impacts of dielectric thickness, gap between the electrodes, frequency and waveform of applied voltage etc. were investigated in terms of their effect on the induced maximum ionic wind velocity and average body force. Flow control simulations with backward facing step showed that a laminar flow separation could be drastically controlled by placing the actuator at the tip of the step with both electrodes perpendicular to each other.

L'industrie des télécommunications sans fil fait actuellement face à une croissance considérable pour des débits toujours plus hauts, stimulée par le développement des services mobiles de données. Ce développement rend le spectre disponible de plus en plus rare et nécessite des solutions afin d'optimiser l'usage de ses ressources limitées.Le principal défi auquel les réseaux sans fils font face est de maximiser la disponibilité, la résilience et la qualité de service, tout en minimisant les coûts et en assurant entre les utilisateurs une allocation de ressources équitable. Cette thèse tente de présenter des solutions à ces problèmes et se focalise sur trois thèmes.Sur le premier thème, le but est de trouver la topologie en anneau qui optimise la disponibilité. Il est montré que les algorithmes développés dans le cadre de la théorie des graphes peuvent être utilisés de manière efficace pour définir en temps polynomial la topologie en anneau optimale si les anneaux sont petits (deux nœuds en plus du nœud d'agrégation). Pour les anneaux plus grands, le problème est NP-hard.Le deuxième thème concerne la polarisation. Nous proposons une solution innovante qui peut améliorer efficacité spectrale jusqu'à 50% par comparaison avec l'état de l'art. Le paradigme proposé introduit de nouvelles perspectives au sujet de l'optimisation de la topologie et de l'allocation de canal.Le troisième thème concerne l'allocation de ressources. Nous remettons en question l'approche présente, basée sur l'optimisation de l'efficacité du réseau. Nous montrons que cette approche est similaire au modèle d'utilité espérée de Bernoulli, qui a été réfuté par les paradoxes d'Allais. C'est pourquoi nous introduisons le concept d'aversion au manque d'équité et considérons la question d'allocation de ressources comme un compromis entre efficacité du réseau et équité. / The wireless telecommunication sector is presently facing a tremendous growth of demand for higher data rates, driven by the development of mobile data services. This development makes the available spectrum scarcer and scarcer and requires solutions in order to optimize the use of its limited resources.The main challenge wireless networks are facing is to maximize availability, resiliency and Quality of Service, while minimizing costs and ensuring fair resource allocation among users.The present thesis will try to present solutions to these issues and will focus on three topics.On the first topic, the purpose is to find the ring-based topology which optimizes availability. It will be shown that algorithms which have been developed in the field of graph theory can be used efficiently to define in polynomial time the optimal ring network topology if the rings are small (two nodes in addition to the aggregation node). For bigger rings, the problem will be NP-hard. The second topic deals with polarization. We propose an innovative solution which can improve spectral efficiency in wireless ring networks by up to 50% in comparison with the state of the art. The proposed paradigm brings new perspectives regarding topology optimization and channel allocation.The third topic deals with resource allocation. We question the present approach based on optimization of network effciency. We show that this approach is similar to Bernoulli's expected utility model, which has been disproved by Allais' paradoxes. For this reason, we introduce the concept of unfairness aversion and consider the question of resource allocation as a trade-off between network efficiency and fairness.

Le maintien à domicile des personnes fragiles vivant seules est devenu une préoccupation majeure de santé publique dans nos sociétés modernes. Parmi les différents aspects scientifiques traités dans le domaine de la surveillance à domicile, nous nous intéressons à l’étude et à la proposition d’une solution permettant à des capteurs répartis de communiquer entre eux de façon optimale et adaptée aux contraintes spécifiques de l'application. Plus précisément, nous souhaitons construire un réseau sans fil courte portée constitué de plusieurs nœuds capteurs échangeant entre eux des données selon un protocole de communication de niveau MAC (contrôle d’accès au médium) qui optimise à la fois l’énergie, le délai de transmission et la perte d’informations. Pour cela, nous avons finement analysé les avantages et les limites des technologies WPAN (réseau local personnel sans fil) et des protocoles de communication actuellement utilisés en rapport aux exigences de notre application. Nous avons ensuite proposé une méthode d’accès au médium déterministe, adaptative et économe en énergie basée sur la couche physique IEEE 802.15.4 et une topologie maillée. Elle permet de garantir le délai d'acheminement des messages avec un risque de collisions très fortement limité, grâce à une réutilisation spatiale du médium dans un voisinage à deux sauts. Cette proposition a été caractérisée par modélisation et simulation à l'aide du simulateur de réseau OPNET. Nous avons alors implémenté les mécanismes proposés sur des dispositifs matériels et déployé un réseau de capteurs en situation réelle afin de vérifier la pertinence du modèle et évaluer la proposition selon différentes configurations de test / Monitoring behavior of the elderly and the disabled living alone has become a major public health problem in our modern societies. Among the various scientific aspects involved in the home monitoring field, we are interested in the study and the proposal of a solution allowing distributed sensor nodes to communicate with each other in an optimal way adapted to the specific application constraints. More precisely, we want to build a wireless network which consists of several short range sensor nodes exchanging data between them according to a communication protocol at MAC (medium access control) level that optimizes energy consumption, transmission time and loss of information. To achieve this objective, we have analyzed the advantages and the limitations of WPAN (wireless personal area network) technology and communication protocols currently used in relation to the requirements of our application. We then proposed a deterministic, adaptive and energy saving medium access method based on the IEEE 802.15.4 physical layer and a mesh topology. It ensures the message delivery time with strongly limited collision risk due to the spatial reuse of medium in the two-hop neighborhood. This proposal was characterized by modeling and simulation using the OPNET network simulator. We then implemented the proposed mechanisms on hardware devices and deployed a sensors network in real situation to verify the accuracy of the model and evaluate the proposal according to different test configurations

This master thesis deals with analysis of an implementation of a reputation system. I particularly focus on analysis of user interface and to find an approach for possible user interface improvements of such a reputation system. I describe possible solutions and I also compare my solution with similar existing systems that are also focused on network security. A part of the diploma thesis is devoted to user interface design. There is also mentioned a database design together with a way the users log on into the system. A few chapters are devoted to the area of data presentation and the usage of template system. In the work there are also described interesting issues that appeared during the implementation. In the conclusion of this work, there is an overall project evaluation and also several remarks about the possible upgrade.

This dissertation focuses on the current Czech space of legitimation practices in education as a variable sphere of justification and critique of educational goals rooted in global transformations of educational institutions, autonomies of the nation states and transnational comparative data. Since the debate on educational reform (2004), the Czech legitimation educational ecology has been diversified by different types of knowledge and actors (state, non- profit, private sector). In this work, I argue that legitimation as a critical action is today, in various ways and processes (knowledge regimes, patterns of actorship) derived from traditional jurisdictions (state and professional structures) and moves to more flexible structures, which I call topologies. In jurisdictions, mostly passive audiences remain. New legitimation topologies connect values and data and, in many ways, replace dysfunctional state structures, using specific disconnections, but also question the public nature of negotiating educational goals. Based on relational ontology and sociological topological studies and through a qualitative relational analysis of legitimation practices in three fields (published normative documents, public debates and semi-structured interviews with state and non-state actors) I show in the period...

In dieser Doktorarbeit untersuchen wir einige Modulräume der Prym-Paaren, Prym-Varietäten und Spin-Kurven. Nachdem der passende theoretische Rahmen eingeführt wird, erhalten wir neue Ergebnisse zu zwei verschiedenen Aspekten ihrer Geometrie, die wir in zwei entsprechenden Kapiteln beschreiben. In Kapitel 1 betrachten wir die universelle Prym-Varietät über dem Modulraum R_g der Prym-Paaren vom Geschlecht g und bestimmen ihre Unirationalität für g=3. Dazu bilden wir eine explizite rationale Parametrisierung der universellen 2-fachen Prym-Kurve über R_3, die die universelle Prym-Varietät durch die globale Version der Abel-Prym-Abbildung dominiert. Darüber hinaus passen wir den Beweis an den Rahmen von Nikulin-Flächen an und zeigen, dass die universelle doppelte Nikulin-Fläche ebenfalls unirational ist. In Kapitel 2 untersuchen wir die Wechselwirkung zwischen R_g und dem Modulraum S_g der (stabilen) Spin-Kurven vom Geschlecht g. Wenn man den Divisor der Kurven, die mit einem verschwindenden Thetanull ausgestattet sind, von S_g^+ nach R_g versetzt, erhält man zwei geometrische Divisoren der (stabilen) Prym-Kurven mit einem verschwindenden Thetanull. Wir verwenden Testkurventechniken, um die Klassen dieser (Prym-Null-)Divisoren für g>=5 zu berechnen, und werten die Prymnull-Klassen auf einigen weiteren Familien von Kurven aus, um ihre verschwindenden Thetanulls zu analysieren. Darüber hinaus diskutieren wir am Ende von Kapitel 2 eine mögliche Kompaktifizierung des Modulraums der Kurven, die eine doppelte Quadratwurzel tragen. Anschließend untersuchen wir den Rand des Modulraums RS_g der (stabilen) Prym-Spin-Kurven vom Geschlecht g und überprüfen die Prymnull-Klassen anhand des Diagramms R_g<--RS_g-->S_g. Zum Schluss schlagen wir eine Erweiterung des Produkts von Wurzeln, das über glatten Kurven durch das Tensorprodukt definiert ist, zu einer Operation auf stabilen Doppelwurzeln vor. / In this thesis, we study several moduli spaces of Prym pairs, Prym varieties, and spin curves. After the appropriate theoretical framework is introduced, we obtain new results concerning two different aspects of their geometry, which we describe across two corresponding chapters. In Chapter 1, we consider the universal Prym variety over the moduli space R_g of Prym pairs of genus g, and determine its unirationality for g=3. To do this, we build an explicit rational parametrization of the universal 2-fold Prym curve over R_3, which dominates the universal Prym variety through the global version of the Abel-Prym map. Furthermore, we adapt the proof to the setting of Nikulin surfaces and show that the universal double Nikulin surface is also unirational. In Chapter 2, we explore the interaction between R_g and the moduli space S_g of (stable) spin curves of genus g. When the divisor of curves equipped with a vanishing theta-null is moved from S_g^+ to R_g, it yields two geometric divisors of (stable) Prym curves with a vanishing theta-null. We use test curve techniques to compute the classes of these (Prym-null) divisors for g>=5, and evaluate the Prym-null classes on some more families of curves in order to analyse their vanishing theta-nulls. In addition, at the end of Chapter 2 we discuss a potential compactification of the moduli space of curves carrying a double square root. We then examine the boundary of the moduli space RS_g of (stable) Prym-spin curves of genus g and check the Prym-null classes against the diagram R_g<--RS_g-->S_g. Finally, we propose an extension of the product of roots, defined over smooth curves by the tensor product, to an operation on stable double roots.

The dissertation Alternative Ontology, subtitled Topological Imagination and Topological Materialism, focuses on the analysis of spatial phenomena and space in the intentions of the mathematical discipline of topology, which is interested in spaces from the point of view of set theory. My goal is to present topology as a tool not only for contemporary philosophy, but also for artistic creation. For the purpose of the dissertation, I formulate two concepts: Topological imagination and Topological materialism. Topological imagination is a tool and method for creating and thinking with the consciousness of space as a dynamic structure, which is not bound only by fixed laws of geometry. This method originated as the name of my long-term artistic practice, which is largely based on the study of space, topology, knot theory and the search for ways of their application in artistic and theoretical work. I propose Topological materialism as a concept that combines the thinking of networks and multi-dimensional spaces with the philosophical currents of the materialist tradition, especially the New Materialism. My basic thesis is that these cannot be perceived separately. Materialism cannot be thought without its spatial dimension, and topology without anchoring in the material world becomes a mere abstraction. The second part of the dissertation is devoted to the analysis of specific spaces: the space we inhabit, which I call phenomenological, infrastructure, logistics space, information space and the space of capital. In addition to individual analyzes, I also focus on their intersections, connections and joint operation.

Mit der Einführung des europäischen Zugsicherungssystems ETCS sind durch die umfassenden Telegrammdaten, die zwischen Zug und Strecke ausgetauscht werden, neue Herausforderungen bei der Planung, Projektierung, aber auch Prüfung und Validierung verbunden. Im Rahmen der Dissertation wird ein neuartiges Verfahren zur Validierung sicherheitskritischer Anteile von ETCS-Nachrichten entwickelt. Der Ansatz beruht auf der topologischen Aufbereitung der Nachrichteninhalte in einem vierstufigen Prozess. Das Ergebnis der Aufbereitung erlaubt sowohl den automatisierten Abgleich gegen Referenzdaten als auch eine visuelle Prüfung gegen Topologiepläne. Das Optimierungspotential des Ansatzes bei der Validierung wird im Rahmen einer Erprobung anhand realer Projektdaten bestätigt. Mit der topologischen Aufbereitung werden die komplexen Nachrichteninhalte in eine für den Prüfer erfassbare und zu den Referenzdaten vergleichbare Form überführt. Redundante Nachrichteninhalte werden im Zuge der Aufbereitung erkannt und zusammengefasst, was gleichermaßen zur Minimierung des Prüfaufwands sowie zur Erhöhung des Abdeckungsgrades beiträgt.

Nous considérons une chaîne de Su-Schrieffer-Heeger (SSH) à laquelle nous attachons une chaîne semi-infinie non dimérisée aux deux extrémités. Nous étudions l’effet d’un tel couplage sur les propriétés du modèle de SSH. En particulier, la représentation d’un tel système infini sous forme de système effectif fini nous permet d’examiner ses états de surface topologiques. Nous montrons que, comme ce à quoi on s’attendrait, les états de surface initiaux évoluent à mesure que le couplage entre les systèmes augmente. Alors que ce couplage augmente, deux phénomènes sont observés: d’un côté, ces états de surface disparaissent progressivement, et de l’autre côté, de nouveaux états de surface émergent. Ces nouveaux états, que nous appelons états fantômes, sont aussi des états de basse énergie. Une particularité surprenante de ceux-ci est qu’ils sont localisés sur une nouvelle interface: celle-ci est passée du premier (et dernier) site au deuxième (et avant-dernier) site, ce qui suggère que la topologie du système est fortement influencée par les chaînes semi-infinies. La topologie du système tripartite peut être classifiée selon trois régimes. Pour le régime de faible couplage, le système est dans une phase topologique bien définie; pour de grands couplages, il est dans sa phase opposée; pour le régime intermédiaire, sa nature topologique n’est pas encore bien comprise. / We consider a Su-Schrieffer-Heeger (SSH) chain to which we attach a semi-infinite undimerized chain (lead) to both ends. We study the effect of the openness of the SSH model on its properties. In particular, an accurate representation of the infinite system using an effective Hamiltonian allows us to examine its topological edge states. We show that, as one would expect, the initial edge states evolve as the coupling between the systems is increased. As this coupling grows, these states slowly vanish, while a new type of edge states emerge. These new states, which we refer to as ghost states, are also low-energy states. A surprising property of these states is that they are localized on a new interface: the interface has moved from the first (and last) site to the second (and second to last) site. This suggests that the topology of the system is strongly affected by the leads, with three regimes of behaviour. For very small coupling the system is in a well-defined topological phase; for very large coupling it is in the opposite phase; in the intermediate region, its topological nature is yet to be understood.

Zum kraft- und formschlüssigen Fügen von dünnwandigen, filigranen Betonfertigteilen eignen sich besonders kontinuierliche, flächige Verbindungen, die durch Verkleben erzielt werden können. Im Rahmen dieses Vorhabens sollten möglichst einfach zu handhabende Klebverbindungen für Platten- und Scheibenbauteile konstruiert und optimiert werden. Die Verbindungen sollten so ausgelegt werden, dass sie sowohl Beanspruchungen aus einzelnen Schnittgrößen als auch aus Schnittgrößenkombinationen übertragen können. Die einzelnen Parameter, die dabei untersucht werden sollten, sind im Wesentlichen die Klebefugengeometrie sowie die Oberflächenbeschaffenheit und Bewehrung der zu verklebenden Bauteile. Als Klebstoff sollte in erster Linie ein zementgebundener Hochleistungsmörtel, eingesetzt werden. Das Optimieren der Klebefugengeometrie und der Bewehrung in der Nähe der Fuge erfolgte mit Hilfe eines mathematisch fundierten Shape- und Topologie-Optimierungsverfahrens, wobei die Fugengeometrie sowie das Interface zwischen Beton und Bewehrung mit Level-Set-Funktionen beschrieben wurden. Dieses Verfahren nutzt den topologischen Gradienten als Maß für die Sensitivität der Zielfunktion bzgl. der Größe einer Pore oder eines Risses in einem gegebenen Punkt im Bauteil [1]. Auf der Grundlage von Kleinteilversuchen wurden Bruchkriterien entwickelt, die die Festigkeit der Klebefuge sowohl für eine kombinierte Schub-Druck- als auch für eine Schub-Zugbeanspruchung beschreiben. Basierend auf den gewonnenen Erkenntnissen wurden weiterhin Entscheidungshilfen zur Fugengestaltung sowie ein ingenieurmäßiger Bemessungsansatz erarbeitet. [Aus: Kurzzusammenfassung] / Continuous two-dimensional connections, which are achieved by gluing are particularly suitable for the force-locking and form-fit joining of thin-walled, filigree precast concrete elements. Within the framework of this project, easy-to-handle adhesive joints for plate and plane components can be designed and optimized. The connections should be designed in such a way that they can withstand both stresses from individual internal forces as well as from combinations of internal forces. In essence, the individual parameters that should be investigated are the geometry of the bonding joint as well as the surface condition and reinforcement of the components to be bonded. A cementitious high-performance mortar should primarily be used as adhesive. The optimization of the adhesive joint geometry and the reinforcement close to the joint was carried out by means of a mathematically founded shape and topology optimization method, whereby the joint geometry as well as the interface between concrete and reinforcement were described with level set functions. This method uses the topological gradient as a measure of the sensitivity of the objective function to the size of a pore or crack at a given point in the structural member [1]. On the basis of small part tests, fracture criteria were developed which describe the strength of the adhesive joint both for a combined shear-compressive and a shear-tensile load. Based on the knowledge gained, decision supports for joint design and an engineering design approach were also developed. [Off: Summary]