Letteratura scientifica selezionata sul tema "Modélisation multi-source"

L'émergence des drones comme outils de cartographie rapide, de par leur capacité à répondre à des besoins trèsspécifiques, offre de nombreuses opportunités aux scientifiques. Par ailleurs, les récentes évolutions des techniques dephotogrammétrie et de vision par ordinateur permettent, à partir de prises de vues aériennes stéréoscopiques, de fourniraux géomorphologues et aux hydrologues des données topographiques à haute résolution (Tarolli, 2014). En effet, lesalgorithmes d'orientation externe (structure from motion en anglais, Snavely et al. (2008)) permettent la déterminationautomatique de la position et de l'orientation des prises de vue d'une collection d'images se recouvrant. La corrélationdense automatique permet ensuite, depuis un bloc d'images orientées, de modéliser finement le relief. L'utilisation engéomorphologie de drones pour la modélisation du relief en est encore à ses premiers souffles, mais montre un potentieltrès intéressant. La précision des mesures photogrammétriques rivalise en effet avec les relevés LiDAR, pour un coûtd'acquisition significativement moins élevé. Cette recherche se focalise sur deux objectifs. Le premier est de déterminersi la précision des mesures photogrammétriques issues d'images acquises avec un mini-drone permet la détection dechangement de relief très fin via la comparaison d'acquisitions multi-dates. Le deuxième objectif, plus spécifique, est dedéterminer la manière la plus optimale de paramétrer la compensation par faisceaux avec points d'appui au sein de la suitephotogrammétrique open-source MICMAC.

La prédiction de l’érosion par surverse des digues de protection contre les crues et des barrages en remblai constitue l’une des difficultés majeures dans l’analyse de la sûreté de ces ouvrages. Bien qu’identifié comme étant le mécanisme de rupture dominant de près de la moitié des ruptures de digues fluviales, les méthodes et outils dont disposent les ingénieurs pour le caractériser, de manière déterministe, restent encore très limités. Notamment, la caractérisation du processus d’érosion, en termes géométriques et temporels, prenant en compte le comportement des matériaux constitutifs du remblai et de sa fondation et les spécificités des sollicitations hydrauliques sur les digues, n’est encore à la portée d’aucun outil de modélisation numérique validé au niveau requis. Les ingénieurs doivent donc, pour l’instant, se contenter d’approches recourant largement à l’empirisme : critères dits « de jugement d’expert » ou formules empiriques. Ces approches très simplifiées sont connues pour présenter de fortes incertitudes et ne pas garantir des résultats systématiquement du côté de la sécurité. C’est dans le but final d’améliorer significativement la robustesse et la précision des outils de prédiction de l’érosion par surverse pour les ingénieurs, qu’EDF et CNR ont décidé de lancer le projet de recherche Overcome. L’objectif de ce projet est d’inclure au sein de la plateforme numérique open source TELEMAC-2D des modules représentant différents types de processus physiques en lien avec les ruptures par surverse de digues, basés sur une approche expérimentale multi-échelles très poussée. Cette communication présente les tous premiers résultats de l’un des premiers sujets investigués par ce projet : la description des mécanismes physiques d’érosion par surverse des remblais constitués de sol grossiers à granulométrie étalés. Ces sols sont présents dans une grande partie des digues situées en zones montagneuses ou dans les vallées situées juste en aval. Une première série d’essais de surverse à petite échelle a été menée au laboratoire de l’Université Polytechnique de Madrid, en réalisant des remblais homogènes de 55 cm de hauteur à partir de trois matériaux différents : un sable assez uniforme, un gravier de granite et un sol alluvionnaire à granulométrie étalée, issu du site CNR de Montfaucon. Si les essais avec le remblai en sable ont confirmé le mécanisme attendu d’érosion de surface, il a été assez surprenant de voir des différences significatives de mécanisme d’érosion entre les matériaux de Montfaucon et graviers de granite. Dans le matériau de Montfaucon, le mécanisme s’apparente à de l’érosion de surface, tandis qu’avec le gravier de granite, le mécanisme d’érosion débute avec du « Headcut migration » puis évolue à la fin en érosion de surface. Par ailleurs, le sol de Montfaucon s’est avéré quatre fois moins érodable que le gravier de granite. Ces premiers résultats appellent à être confirmés par des essais de répétabilité à petite échelle et des essais à plus grande échelle.

Le nombre de personnes vivant dans les villes ne cesse d'augmenter et l'on estime que d'ici 2050, près de 66 % des 9,5 milliards d'habitants de la planète seront des citadins. Avec l'urbanisation rapide, de nouveaux défis environnementaux en matière de développement durable et de santé publique sont devenus essentiels. De nombreux travaux de recherche ont mis en lumière les effets négatifs d'une exposition prolongée au bruit sur la santé humaine : augmentation du risque de maladies cardiovasculaires, santé mentale et troubles du sommeil. Selon le rapport de l'Agence européenne pour l'environnement de 2017, au moins 18 millions de personnes sont fortement gênées et 5 millions sont fortement perturbées dans leur sommeil en raison d'une exposition prolongée au bruit dans l'Union européenne. Des actions politiques telles que la Directive Européenne de 2002 ont été mises en place pour évaluer l'impact du bruit par les États et les acteurs territoriaux. À cette fin, des cartes de bruit sont proposées pour évaluer l'exposition au bruit sur un territoire, mais elles se limitent à de simples indicateurs de l'environnement acoustique : le niveau sonore moyen lorsqu'il dépasse un certain seuil, calculé uniquement pour quelques sources considérées comme gênantes ou nuisibles (trafic routier, ferroviaire, aérien et industriel). Ces approches négligent souvent la dynamique et la complexité intrinsèque des environnements sonores urbains, négligeant ainsi leur dynamique temporelle et la multiplicité des sources qui intègrent la composition urbaine.En effet, les environnements sonores urbains abritent une grande diversité de sources sonores, chacune contribuant à sa manière à l'expérience sonore d'un lieu. Ils se caractérisent par leur complexité, leur variabilité et leur nature dynamique, façonnés par des facteurs tels que l'aménagement urbain, les modes d'occupation des sols, les infrastructures et le comportement humain. Alors que les méthodes traditionnelles se concentraient exclusivement sur les sources de bruit, une nouvelle approche pluridisciplinaire a vu le jour : le paysage sonore. Introduit par R. M. Schafer dans les années 1970, le concept de paysage sonore s'écarte de la vision négative et réactive des réglementations en matière de contrôle du bruit et offre une perspective de l'identité acoustique d'un lieu, naturellement liée à la perception humaine. À l'origine, le concept de paysage sonore était présenté comme une « expérience de reconnexion avec l'environnement sonore autour » avant d'évoluer vers une approche multidisciplinaire centrée sur l'humain et impliquant des architectes, des concepteurs urbains et des autorités locales et nationales. S'appuyant souvent sur des évaluations perceptives, des données acoustiques et des modèles statistiques, l'approche du paysage sonore est utilisée pour estimer la dimensionnalité des attributs du paysage sonore et la perception qui y est liée, fournissant ainsi de riches informations sur la qualité sonore des espaces urbains et sur la manière dont les êtres humains s'y rapportent. Néanmoins, en raison de la nature complexe de ces environnements, la prise en compte physique de la multiplicité des sources et de leur dynamique constitue actuellement un verrou scientifique dans la modélisation de ces environnements. Ainsi, toute représentation pertinente de ces systèmes complexes devrait englober tous les sons audibles, tels que les voix humaines, les chants d'oiseaux, l’eau ou la musique et sa dynamique, en plus des sources « négatives » traditionnelles (par exemple, le trafic routier). Dans ce contexte, la modélisation multi-sources apparaît comme un cadre prometteur pour caractériser les environnements sonores urbains. Cette approche permet l'intégration simultanée de diverses sources sonores et leur représentation à l'aide de techniques cartographiques.(...)
The number of people living in cities is constantly increasing, and it is estimated that by 2050, almost 66% of the world's 9.5 billion inhabitants will be urban dwellers. With rapid urbanization, new environmental challenges of sustainable development and public health have become central. Evidence from numerous research endeavors have shed light on the negative impacts of prolongated exposure to noise on human health: increase in the risk of cardiovascular diseases, mental health, and sleep disturbance. According to the European Environment Agency report in 2017, at least 18 million people are highly annoyed and 5 million are highly sleep disturbed because of long-term exposition to noise in the European Union. Political actions such as the 2002 European Directive have been introduced to assess the impact of noise by states and territorial players. To this end, noise maps have been enforced in the evaluation of the exposure to noise in a territory, however, they are limited to simple indicators of the acoustic environment: the average sound level when it exceeds a certain threshold, calculated only for a few sources considered as annoying or harmful (road, rail, air traffic, and industrial). These approaches often oversee the intrinsic dynamics and complexity of urban sound environments, thus neglecting their temporal dynamics and the multiplicity of sources that integrate the urban composition. Indeed, urban sound environments host a great diversity of sound sources, each contributing in its own way to the sonic experience of a place. They are characterized by their complexity, variability, and dynamic nature, shaped by factors such as urban design, land use patterns, infrastructure, and human behavior. As traditional assessment methods focused exclusively on noise sources, a new, multi-disciplinary approach emerged: the soundscape. Coined by R. M. Schafer in the 1970s, the soundscape concept diverges from the negative and reactive vision of noise control regulations and offers a perspective of the acoustical identity of a place, naturally intertwined with human perception. At its origins, the soundscape concept was coined as a “reconnecting experience with the sonic environment around” prior to evolving into a multidisciplinary approach centered around the human and that involves architects, urban designers, and local to national authorities. Often relying on perceptual assessments, acoustical data, and statistical models, the soundscape approach is used for estimating the dimensionality of soundscape attributes and the perception related to them, thus providing rich insights about the sonic quality of urban spaces and how humans relate to it. Nevertheless, due to the complex nature of these environments, a current scientific bottleneck in the modeling of such environments is the physical consideration of the multiplicity of sources and their dynamics. Thus, any pertinent representation of such complex systems should encompass all audible sounds, such as human voices, birdsong, water, or music and its dynamics; in addition to traditional “negative” sources (e.g. road traffic). In this context, multi-source modelling emerges as a promising framework to characterize urban sound environments. This approach allows for the simultaneous integration of diverse sound sources and their representation through the use of cartographic techniques. The ultimate goal of the work presented in this thesis is to develop and explore a numerical modelling framework for urban sound environments based on a multi-source principle that accurately conveys the dynamics of urban compositions.(...)

La demande énergétique mondiale continue d’augmenter. Les prix des énergies fossiles sont instables et incertains. La libéralisation du marché électrique et une conscience environnementale des acteurs mondiaux sont des leviers au développement des énergies renouvelables. Ces dernières se développent à un rythme rapide dans le monde. Elles ont atteint une maturité technique qui leur permet de devenir un segment important de l’industrie de l’énergie. Leur insertion dans le mix énergétique pose de nouveaux défis par rapport aux sources d'énergie traditionnelles. Avec un potentiel abondant encore sous-exploité, le photovoltaïque et l'énergie éolienne sont avantageux sur le plan économique et environnemental. Cependant, leur caractère intermittent diminue leur efficacité énergétique lorsqu’elles sont exploitées individuellement. L'utilisation de systèmes hybrides (multi-sources) combinant ces sources d'énergie renouvelables, le réseau de distribution national (réseau électrique historique) et les systèmes de stockage classiques, est généralement considérée par tous comme solution d’avenir, à la fois efficiente et fiable. Il est alors nécessaire de repenser la structure des réseaux électriques et des marchés de l’énergie, ainsi que des changements dans les méthodes de gestion de réseau. Dans ce contexte, l’apport envisagé avec ce travail de thèse est de contribuer à la modélisation et l’optimisation de systèmes multi-sources multi-charges pour alimenter aussi bien des sites isolés « énergie de proximité » (campus, village) que des sites étendus tels que des régions françaises à travers leur interconnexion « pooling ». Différents scenarii de gestion et différentes configurations des systèmes sont modélisés, testés et comparés pour analyser l’efficacité et la robustesse de chaque cas de figure. Une analyse technico-économique complète est réalisée, dans le but d’étudier la faisabilité de chaque système. Pour démontrer la validation de ces modèles, des études ont été réalisées sur un campus Universitaire Français, un micro-réseau au Mali et trois régions Françaises. Ces dernières ont fait l’objet d’application à un modèle original d’interconnexion basé sur les réseaux de Pétri pour l’aide à la décision en termes de configurations du réseau et le contrôle des flux d’énergie échangés entre des territoires producteurs-consommateurs interconnectés sans système de stockage
Global energy demand continues to rise. The fossil fuel prices are unstable and uncertain. The liberalization of the electricity market and environmental awareness of the global leaders are levers for the development of renewable energy. These are growing at a rapid pace in the world. They reached technical maturity that enables them to become an important segment of the energy industry. Their integration in the energy mix poses new challenges compared to traditional energy sources. With an underexploited potential, photovoltaic and wind energy are advantageous economically and environmentally. However, their intermittent decreases their energy efficiency when operated. The use of hybrid systems (multi-sources) combining these renewable energy sources, the national distribution network (historical grid) and conventional storage systems, is generally regarded by all as a future solution, both efficient and reliable. Thereby, it is necessary to rethink the structure of electrical networks and energy markets, and changes in network management methods. In this context, the foreseen intake with this thesis is to contribute to the modeling and optimization of multi- load multi- source systems to power both remote sites “closeness energy” (campus, village) and large sites such as French regions through their interconnection "pooling ". Different scenarios of management and different configurations of the systems are modeled, tested and compared to analyze the effectiveness and robustness of each case. A complete technical and economic analysis is performed in order to study the feasibility of each system. To demonstrate the validation of these models, studies were performed on a French university campus, a Micro-grid in Mali and three French regions. These latter have been applied to an original interconnection model based on Petri nets for decision support in terms of network configuration and control of energy flows exchanged between interconnected producers/consumers territories without storage

L'exploitation excessive des ressources énergétiques fossiles pose aujourd'hui des problèmes liés au changement climatique, à leur épuisement et en conséquence à l'augmentation de leur prix. Ces problèmes nécessitent des solutions innovantes, telles que le recours aux énergies renouvelables, afin d'en restreindre l'impact. Les travaux présentés dans ce manuscrit s'attachent à répondre à cette problématique par l'intermédiaire d'une méthodologie d'optimisation énergétique, appliquée au secteur du bâtiment et notamment au poste de chauffage, l'un des plus gros consommateurs d'énergie en France. Cette méthodologie est basée sur la modélisation du procédé de chauffage considéré et d'un moyen de stockage énergétique, ainsi que sur le développement d'outils de contrôle prédictif exploitant la connaissance de perturbations futures. Cette approche a été utilisée pour l'optimisation énergétique d'une chaufferie collective, gérée par la société Cofely GDF-SUEZ et qui alimente en eau chaude, via un réseau de chaleur, un quartier de La Rochelle. Un modèle modulaire de l'installation actuelle, dont le fonctionnement s'appuie sur un mix énergétique renouvelable et non renouvelable, a été développé à partir de mesures réalisées sur le site et de techniques de modélisation de types boite noire, boite grise ou boite blanche, en fonction de la connaissance disponible. La chaufferie ne disposant pas d'un système de stockage, nous avons proposé une modification hydraulique afin d'en intégrer un. Le modèle de ce système a complété le modèle de la chaufferie. Pour la gestion du stockage, deux contrôleurs différents, dont l'un basé sur la commande prédictive optimale et exploitant des prédictions pour anticiper le comportement de la chaufferie, ont été proposés. Ces prédictions sont fournies par un module intégrant une analyse multi-résolution par décomposition en ondelettes et utilisant les réseaux de neurones artificiels. Les résultats obtenus avec le contrôleur prédictif montrent que l'utilisation optimale d'un système de stockage permet d'améliorer de façon très significative le fonctionnement de la chaufferie. La consommation énergétique fossile, le coût de fonctionnement de l'installation, les émissions de CO2 et le taux de couverture de l'énergie fossile sont fortement réduits, tout en améliorant le respect des contraintes techniques de fonctionnement.

L'objectif de cette thèse est le développement et la validation d'un modèle numérique de la dynamique des particules en mélange externe et résolu en taille. Afin de suivre plusieurs compositions chimiques par classe de tailles, une nouvelle approche est présentée dans laquelle la composition chimique des particules est elle-même discrétisée suivant la fraction d'un ou plusieurs des constituants chimiques (e.g. suie, sulfate). Cette approche a pour but de mieux simuler l'évolution d'une population de particules à l'échelle locale et de particulariser des compositions chimiques typiques de certaines sources. Dans l'atmosphère, les particules interagissent essentiellement entre elles et avec les polluants gazeux par coagulation et condensation/évaporation. La première partie de la thèse a été consacrée à l'élaboration du modèle pour la coagulation, processus physique qui s'avère le plus complexe à modéliser selon notre approche du mélange externe. Dans un premier temps, les équations de la coagulation en mélange externe sont présentées et discrétisées suivant un nombre arbitraire de classe de tailles et de compositions chimiques. Plusieurs simulations numériques ont ensuite été effectuées avec ce modèle sur un même cas d'étude, en utilisant deux, trois et quatre composants chimiques. On vérifie à chaque fois que les résultats de la simulation numérique en mélange externe sont cohérents avec ceux du mélange interne du cas d'étude. Les résultats de ces simulations permettent d'apprécier l'effet de mélange de la coagulation qui produit, à partir de particules monocomposées, des particules bicomposées et tricomposées. Étant donné la complexité croissante d'un tel modèle, une attention toute particulière a été portée à l'implémentation numérique et à l'optimisation des algorithmes choisis. L'extension de cette approche à la condensation/évaporation constitue le prochain développement de ce modèle, nous en posons les bases théoriques en annexe. S'il existe aujourd'hui des données de mesure résolues en taille (SMPS), il n'y en a pas encore qui puissent être réellement validantes pour ce modèle de mélange externe, c'est-à-dire qui distinguent quantitativement plusieurs compositions chimiques par classe de taille. Aussi, dans la seconde partie de la thèse, nous avons envisagé le protocole d'une expérience en chambre permettant de mettre en évidence le mélange par coagulation de deux populations de particules de compositions différentes et d'apporter des données validantes pour le modèle développé. Deux séries d'expériences ont été menées, la première dans la chambre de grand volume CESAM et la seconde, dans le réacteur de petit volume de l'INERIS. La première série a mis en évidence l'homococagulation de chaque distribution polydispersée prise séparément et dans une moindre mesure, l'hétérocoagulation des deux distributions de nature différentes (NaBr et KBr) entre elles. La seconde série a montré la possibilité d'observer simultanément deux distributions monodispersées de particules de compositions différentes (CaSO4 et KBr), prérequis pour ce cas. Au final, les résultats de mesure se sont avérés insuffisants pour produire des données validantes pour le modèle, à cause du trop grand écart-type des distributions polydispersées dans la chambre de grand volume et à cause du dépôt au paroi qui domine dans le réacteur de petit volume. Des analyses au microscope électronique ont cependant attesté de la présence de particules issues de la coagulation entre les deux natures. A la suite des différentes expériences menées, nous revenons sur le protocole envisagé et proposons quelques pistes d'améliorations

Le bruit aérien généré dans le pulseur est transmis à travers les conduits de ventilation dans l'habitacle automobile. Actuellement, la fonction acoustique dans la conception des conduits de ventilation est négligée. La méthodologie développée, alliant essais et outils de simulation numérique, permet de prédire le niveau sonore dans l'habitacle automobile. Le paramétrage de ce modèle par la géométrie et les matériaux des conduits offre la possibilité de rechercher une optimisation du circuit selon des critères d'atténuation définis sur des plages de fréquences cibles. La source sonore que l'on considère se situe aux sorties du boîtier de distribution du chauffage et son comportement acoustique est caractérisé par deux paramètres mesurés (pression et impédance de source) indépendants de la charge. Si plusieurs conduits sont raccordés à la source, le modèle évolue, la pression de source devenant un vecteur et l'impédance de source une matrice. Le transfert entre les aérateurs et quelques points cibles de l'habitacle est obtenu par une mesure de fonction de transfert. Les conduits, quant à eux sont entièrement modélisés. Si le conduit considéré a une géométrie telle que l'hypothèse d'onde plane est vérifiée, il est caractérisé par sa matrice de transfert. Mais si le conduit a une géométrie plus complexe comme c'est le cas des conduits de dégivrage, on utilise la méthode des escaliers finis, ce qui nécessite des aménagements de la méthodologie globale pour le raccord entre la sortie du conduit et l'habitacle. La méthodologie a été appliquée sur un système réel et validée en comparant les résultats des simulations aux mesures spectrales directes aux points cibles de l'habitacle automobile.

Les revêtements perméables se développent en France et à l’étranger comme une technique d’avenir en réponse aux enjeux de la protection des sols et de l’amélioration du cycle de l’eau en milieu urbain. Le développement de pavés drainants au sein du laboratoire de l’ESITC Caen a mis en évidence le besoin de quantifier les apports des revêtements perméables pour répondre aux attentes des acteurs locaux et favoriser l’utilisation de ces techniques par les aménageurs. Dans ce but, ce travail de thèse porte sur la description des processus hydrologiques au sein des revêtements perméables et la quantification de leurs bénéfices sur le ruissellement urbain. Deux modèles ont été développés pour répondre à ces objectifs.Le premier permet de modéliser les processus hydrologiques au sein des structures perméables avec une approche physique basée sur la résolution de l’équation de RICHARDS par la méthode des éléments finis. Cette modélisation apporte des éléments de compréhension sur l’influence des propriétés de la structure et de son environnement sur ses performances. Elle a abouti à la proposition d’une représentation conceptuelle du comportement hydrologique des structures perméables. Le second modèle permet de modéliser le comportement hydrologique d’un bassin versant avec une approche par systèmes multi-agents. Différents scénarios d’implantation de revêtements perméables ont été simulés sur un site d’étude réel situé à Ouistreham en Normandie. L’exploration de ce modèle apporte des éléments de quantification des bénéfices de l’implantation des revêtements perméables sur le ruissellement de surface. Les résultats obtenus mettent en évidence le lien entre le ratio de surface perméable sur la surface imperméable et la réduction du ruissellement. Ils soulignent l’importance de la dispersion des zones de revêtements perméables pour optimiser leurs bénéfices
Permeable pavements are developing in France and abroad as a promising response to the growing issues of ground protection and the improvement of the water cycle in urban areas. The development of pervious concrete within the laboratory of ESITC Caen had highlighted the need to quantify the contributions of the permeable pavement, and thus meeting the expectations of local authorities and encouraging the use of these techniques by urban planners. In this purpose, this Phd aims at describing the hydrological mechanisms of the permeable pavements and quantifying their benefits on surface runoff. Two models were developed to respond to these objectives. The first one allows modeling the hydrological processes inside permeable pavement structures with a physically-based approach, which solves RICHARD’s law with a finite element method. This modeling enables the understanding of the influence of the properties of the structure and its environment on its performances. Results have led to the proposal of a conceptual representation of permeable structures. The second model allows modeling the hydrological behavior of an urban catchment with an agent-based approach. Various scenarios of permeable pavement implemantations were simulated on a real study site located at Ouistreham in Normandy. The analysis of this model enables the quantifying of the benefits of the implementation of permeable pavements on surface runoff. Results highlight the link between the permeable surface on the impermeable surface ratio and the reduction of runoff. They emphasize the importance of dispersing permeable pavement areas to maximize their benefits

La quantité et la disponibilité sans cesse croissantes de données urbaines dérivées de sources variées posent de nombreux problèmes, notamment la consolidation, la visualisation et les perspectives d’exploitation maximales des données susmentionnées. Un problème prééminent qui affecte l’urbanisme est le choix du lieu approprié pour accueillir une activité particulière (service social ou commercial commun) ou l’utilisation correcte d’un bâtiment existant ou d’un espace vide. Dans cette thèse, nous proposons une approche pour aborder les défis précédents rencontrés avec les techniques d’apprentissage automatique, le classifieur de forêts aléatoires comme méthode dominante dans un système qui combine et fusionne divers types de données provenant de sources différentes, et les code à l’aide d’un nouveau modèle sémantique. qui peut capturer et utiliser à la fois des informations géométriques de bas niveau et des informations sémantiques de niveau supérieur et les transmet ensuite au classifieur de forêts aléatoires. Les données sont également transmises à d'autres classificateurs et les résultats sont évalués pour confirmer la prévalence de la méthode proposée. Les données extraites proviennent d’une multitude de sources, par exemple: fournisseurs de données ouvertes et organisations publiques s’occupant de planification urbaine. Lors de leur récupération et de leur inspection à différents niveaux (importation, conversion, géospatiale, par exemple), ils sont convertis de manière appropriée pour respecter les règles du modèle sémantique et les spécifications techniques des sous-systèmes correspondants. Des calculs géométriques et géographiques sont effectués et des informations sémantiques sont extraites. Enfin, les informations des étapes précédentes, ainsi que les résultats des techniques d’apprentissage automatique et des méthodes multicritères, sont intégrés au système et visualisés dans un environnement Web frontal capable d’exécuter et de visualiser des requêtes spatiales, permettant ainsi la gestion de trois processus. objets géoréférencés dimensionnels, leur récupération, transformation et visualisation, en tant que système d'aide à la décision
The constantly increasing amount and availability of urban data derived from varying sources leads to an assortment of challenges that include, among others, the consolidation, visualization, and maximal exploitation prospects of the aforementioned data. A preeminent problem affecting urban planning is the appropriate choice of location to host a particular activity (either commercial or common welfare service) or the correct use of an existing building or empty space. In this thesis we propose an approach to address the preceding challenges availed with machine learning techniques with the random forests classifier as its dominant method in a system that combines, blends and merges various types of data from different sources, encode them using a novel semantic model that can capture and utilize both low-level geometric information and higher level semantic information and subsequently feeds them to the random forests classifier. The data are also forwarded to alternative classifiers and the results are appraised to confirm the prevalence of the proposed method. The data retrieved stem from a multitude of sources, e.g. open data providers and public organizations dealing with urban planning. Upon their retrieval and inspection at various levels (e.g. import, conversion, geospatial) they are appropriately converted to comply with the rules of the semantic model and the technical specifications of the corresponding subsystems. Geometrical and geographical calculations are performed and semantic information is extracted. Finally, the information from individual earlier stages along with the results from the machine learning techniques and the multicriteria methods are integrated into the system and visualized in a front-end web based environment able to execute and visualize spatial queries, allow the management of three-dimensional georeferenced objects, their retrieval, transformation and visualization, as a decision support system

Les stations d’épuration se tournent actuellement vers des installations de récupération d'énergie et des nutriments. Dans le même temps, elles sont soumises à une réglementation de plus en plus stricte en ce qui concerne l'environnement et la santé humaine. Face au défi ambitieux de réduire les coûts d'exploitation et les impacts environnementaux tout en garantissant la robustesse du procédé, il est nécessaire de développer des outils capables de fournir une évaluation intégrée du procédé. L’objectif de ce travail est de développer une plateforme réaliste et prédictive contenant trois aspects: la modélisation rigoureuse et dynamique de l’ensemble de la station d’épuration; l'analyse de cycle de vie aux frontières étendues pour l'évaluation des scénarios et enfin un outil d'optimisation multi-objectif efficace. La plateforme développée pour l'évaluation environnementale couplée à la modélisation dynamique a d'abord été appliquée à plusieurs cas d’étude. Ainsi des résultats de performance et d’impacts environnementaux ont été obtenus pour la séparation de l’urine à la source, la décantation primaire avancée et le traitement de l'urine par nitritation/ oxydation anaérobie de l’ammonium, et d’autres filières. Compte tenu des importants avantages de la séparation de l’urine établis par les résultats précédents, un générateur d’influents phénoménologique, flexible et dynamique a été adapté afin de fournir des données dynamiques réalistes concernant les flux d'urine et des eaux usées dans les différents scénarios de rétention d'urine. Enfin, comme la combinaison complexe de processus biologiques, chimiques et physiques conduit à un problème lourd en calcul, une étude de faisabilité (temps de calcul et fiabilité) a été réalisée sur l'optimisation multi-objectif. L'obtention d'un ensemble de solutions qui évite toute discrimination préalable entre les coûts, l'environnement et les performances ont permis la discussion des enjeux impliqués. Finalement, la plateforme complète a été appliquée à plusieurs cas d’étude et clarifie les aspects opérationnels des options plus durables en matière de gestion et de traitement des eaux usées
Wastewater treatment plants are moving towards energy and nutrients recovery facilities. Simultaneously, they are submitted to stricter regulation with respect to environment and human health. Facing the great challenge of reducing operational costs along with the reduction of environmental impacts and the guaranty of plants robustness, tools might be developed in order to provide an integrated assessment. The goal of this work is to develop a reliable and predictive framework containing rigorous dynamic wide-plant modelling, extended boundaries life cycle assessment for scenarios evaluation and an efficient multi-objective optimization tool. The developed framework for environmental evaluation coupled to dynamic modelling was initially applied to several case studies including urine source separation, enhanced primary clarification and urine treatment by nitritation/ anaerobic ammonium oxidation, offering both performance results and environmental hotspots. Given the important benefits of the urine source separation provided by the previous results, a flexible and dynamic phenomenological influent generator was adapted in order to provide realistic dynamic data concerning urine and wastewater streams in different urine retention scenarios. Finally, as the complex combination of biological, chemical and physical processes leads to a computational expensive problem, a feasibility study (computational time and reliability) on the multi-objective optimization was conducted. Obtaining a set of solutions that avoids any prior discrimination among costs, environment and performance allowed thus the discussion of the involved trade-offs. Finally, the complete framework was applied to several case studies lightening on operational aspects of more sustainable options on wastewater management and treatment

A l’aide de la Représentation Energétique Macroscopique (REM) comme outil de modélisation graphique, la modélisation et la gestion d’énergie d’une application stationnaire isolée à base d’un système PEMFC couplé à l’énergie solaire photovoltaïque comme source principale d’énergie sont développées. Afin d’assurer une autonomie du système en combustible, un électrolyseur PEM est intégré au dispositif. En outre, des packs de batteries et de supercondensateurs permettent un stockage d’énergie et de puissance.Grâce à la modularité de la REM, les modèles respectifs des différentes entités énergétiques du système ont été développés avant de les assembler pour reconstituer un modèle global. Une caractéristique propre de la REM étant la commande, une Structure Maximale de Commande (SMC) est déduite du modèle REM du système par application de règles d’inversion.Le phénomène d’effet échelle a permis de dimensionner le système grâce à un profil de consommation domestique d’énergie électrique. Une stratégie de gestion énergétique basée sur la méthode du bilan des flux de puissance et prenant en compte les dynamiques de chaque source a été développée. Différents modes de fonctionnement ont été étudiés. Grâce è un profil d’ensoleillement d’une journée, la pertinence du modèle a été évaluée. Il a été en outre introduit un couplage entre la méthode du bilan des flux de puissance et la logique floue afin que la stratégie de gestion redéfinisse les références des grandeurs électriques en tenant compte de l’état de charge des batteries et de celui des supercondensateurs
A stand alone multi-source system based on the coupling of photovoltaic energy and both a PEM electrolyser and a PEMFC for stationary application is studied. The system gathers photovoltaic array as main energy source, ultracapacitors and batteries packs in order to smooth respectively fast and medium dynamic by supplying the load or by absorbing photovoltaic source overproduction. Because of the necessity of fuel availability, especially for islanding application like this one, a PEM electrolyser is integrated to the system for in situ hydrogen production.The main purpose being modeling and management of the power flows in order to meet the energy requirement without power cut, a graphical modeling tool namely Energetic Macroscopic Representation (EMR) is used because of its analysis and control strengths. Thanks to the modular feature of the EMR, the different models of each energetic entity of the system are performed before their assembling.By using scale effect, the energetic system sizing is performed according to a household power profile. Then, by the help of the multi-level representation, the maximal control structure (MCS) is deduced from the system EMR model. The electrical reference values of the MCS are generated by applying the power balancing method involving the own dynamic of each source into the energy management strategy. Different behavior modes are taken into account. By considering an irradiance profile for one day, the system is simulated highlighting its suitable behaviour. Moreover, the relevance of the introduced coupling between fuzzy logic controller and the power balancing method is pointed out

Ce travail de thèse s’inscrit dans la continuité des activités de recherche du laboratoire GREAH sur les problématiques de la gestion d’énergie électrique et de l’amélioration de la qualité énergétique des systèmes de production aux énergies renouvelables. En effet, le couplage de plusieurs sources de natures différentes entraîne des problématiques de dimensionnement, de qualité d’énergie et de la durée de vie des éléments interconnectés. La démarche scientifique repose sur la caractérisation de l'évolution des résistances et des capacités des cellules de batteries LFP/supercondensateurs en fonction des contraintes électriques et thermiques, suivi de la modélisation du vieillissement accéléré des cellules. Nous proposons dans ce mémoire de thèse des améliorations de la réponse dynamique d’un bateau fluvial à propulsion électrique par l’hybridation des batteries LFP et des supercondensateurs. Nous proposons également une approche électrothermique pour la caractérisation et la modélisation multi-physique du vieillissement des batteries et supercondensateurs en utilisant des contraintes combinées de la température et de la fréquence des ondulations du courant de charge/décharge des cellules. Les données expérimentales collectées ont permis d'établir des modèles des supercondensateurs et des batteries dédiés aux systèmes multi-sources incluant des sources d’énergie renouvelable (éoliens et hydroliens). Les modèles développés se révèlent très précis par rapport aux résultats expérimentaux. Ils permettent une bonne description du phénomène de vieillissement des batteries LFP/supercondensateurs dû aux opérations de charge/décharge avec un courant continu fluctuant combiné à une température variable
This thesis work is a continuation of the research activities of the GREAH laboratory on the issues of the management of electrical energy and improving the energy quality of production systems for renewable energy. Indeed, the coupling of several different nature sources entails the problems of dimension, quality of energy and the lifetime of the interconnected elements. The scientific approach is based on the characterization of the evolution of the resistances and capacitances of the batteries/supercapacitors cells according to the electrical and thermal constraints, followed by the modeling of accelerated cells aging. In this thesis, we propose improvements to the dynamic response of an electric propulsion fluvial boat by using the hybrid system of lithium-batteries and supercapacitors. We also propose an electrothermal approach for the multi-physical characterization and modeling of the batteries and supercapacitors aging, using combined constraints of the temperature and frequency of the DC current ripples. The experimental data has been collected to establish models of batteries and supercapacitors dedicated to multi-source systems including renewable energy sources (wind and tidal turbines). The results of the developed models shown high accuracy compared with experimental results. These models illustrated a good description of the aging phenomenon of batteries/ supercapacitors due to charging/discharging operations with a fluctuating continuous current combined with a variable temperature