Дисертації з теми "Physique du trafic"

Ce travail de thèse expérimental porte principalement sur deux études concernant la dynamique collective de particules dans des écoulements à très faible nombre de Reynolds et dans des environnements confinés. Dans ces systèmes les particules interagissent via des couplages hydrodynamiques à longue portée d'origine géométrique ou topologique. Le thème général faisant le pont entre ces deux études est la notion de réversibilité hydrodynamique. De part les méthodes mises en oeuvre pour aborder ces problèmes, cette thèse se place à l'interface de trois grands domaines de la physique: l'hydrodynamique, la matière molle et les systèmes dynamiques. Le premier système est un ensemble de gouttes micrométriques confinées dans une cellule de Hele-Shaw et soumis à un écoulement sinusoïdal afin de sonder la nature réversible de la dynamique. Cette expérience d'écho caractérisée par une dynamique microscopique complètement réversible met en évidence une transition de phase du premier ordre entre un état macroscopique réversible en dessous d'une certaine amplitude d'oscillation et un état macroscopique irréversible au dessus de cette amplitude. De plus, il est montré que cette transition n'est pas seulement dynamique mais également structurale. La seconde étude correspond quant à elle à une expérience de trafic dans un réseau de boucles microfluidiques où la dynamique asymptotique du système à 3 corps est étudiée de manière extensive. En combinant des études numériques, analytiques et expérimentales, il est montré que cette dynamique de trafic est Hamiltonienne et réversible.

Dans cette thèse on étudie certaines applications de modèles simples de la physique théorique au trafic piétonnier. Ces modèles sont tous des automates cellulaires, plus précisément des processus d'exclusion. Dans la première partie de le thèse on étudie un système unidimensionnel, le processus d'exclusion simple totalement symétrique (TASEP), un modèle paradigmatique de particules qui sautent dans une direction favorisée sur un réseau. Le TASEP peut être utilisé pour modéliser de nombreux phénomènes de transport, et ici on l'étudie avec des schémas de mise à jour adaptés aux piétons. Le "frozen shuffle update", schéma plutôt régulier, est défini et ses propriétés principales sont déterminées exactement sur un anneau, avec conditions aux bords ouvertes et pour deux voies qui se croisent en un seul site. Une théorie du domain wall (mur séparant des domaines) exacte au niveau microscopique est alors construite pour un TASEP avec mise a jour parallèle. On montre que cette dernière est en désaccord avec les prédictions précédentes et que la différence vient de corrélations à courte portée qui sont habituellement négligées pour les schémas de mise à jour présentant des fluctuations plus importantes. Dans la seconde partie on combine plusieurs TASEP afin de former un croisement à deux dimensions comprenant deux flux de particules qui s'intersectent perpendiculairement. Sur un tore on observe une alternance de diagonales de particules de chaque type qu'on voit aussi chez les vrais piétons. Cette structure est alors expliquée par une analyse de stabilité linéaire d'équations type champ moyen. Avec des conditions aux bords ouvertes les diagonales s'inclinent légèrement, donnant naissance à "l'effet chevron", qu'on observe aussi bien pour les particules que pour les équations. L'effet chevron est fondamentalement nonlinéaire, mais peut tout de même être expliqué par des calculs d'interactions effectives entre les particules, de manière similaire à ce qui est fait en mécanique des fluides. Pour finir, quelques généralisations naturelles sont rapidement étudiées numériquement pour tester l'applicabilité du modèle aux piétons et la possibilité de mesurer l'effet chevron dans des expériences.

La modélisation du transport cytosquelettique contribue d'une part à la compréhension de phénomènes biologiques complexes associés à des fonctionnalités cellulaires vitales.D'autre part, cette approche adresse de nouvelles réflexions en physique fondamentale du transport dirigé d'un gaz de particules, en interactions de volume exclu, et hors équilibre thermodynamique.L'étude proposée est basée sur le modèle Totally Asymmetric Simple Exclusion Process (TASEP), traité en champ moyen, et dont les résultats sont comparés à des simulations de type Monte Carlo.En considérant que le transport sur l'ensemble du réseau cytosquelettique peut être régulé aux jonctions, on se focalise sur des motifs architecturaux simples, autour d'une jonction, à laquelle on s'intéresse à la régulation du transport par des effets cinétiques et topologiques.Ainsi, on construit une méthodologie de calcul analytique et numérique, motivée par des configurations de transport observées expérimentalement.L'analyse des caractéristiques cinétiques et topologiques aux croisements des filaments du cytosquelette, pour des situations de transport pourtant très différentes, conduit à formuler les mêmes modèles génériques.Notre travail apporte également un éclairage sur l'effet des moyennes sur les protofilaments au croisement de deux microtubules, qui est inhérent aux limites de résolution de l'imagerie expérimentale actuelle.La double approche, analytique et numérique, sur des modèles génériques ouvre de nombreuses perspectives, nous disposons notamment de tous les outils pour aborder le transport à un croisement plus réaliste de deux microtubules, en prenant en compte la connectivité à la jonction des treize protofilaments typiques, et la cinétique particulière des protéines motrices sur chacun d'eux
Cytoskeletal transport modeling contributes to the understanding of complex biological phenomena that are associated to vital cell functions.In addition, this approach addresses new questions in fundamental physics related to the transport of a gas of particles, interacting by excluded volume, and out of equilibrium transport.The study is based on the Totally Asymmetric Simple Exclusion Process (TASEP) model, treated in a mean field approach, and the results are compared to Monte Carlo simulations.Considering that the transport on the whole network can be regulated at junctions, we focus on simple patterns with one junction, and we investigate the regulation of transport due to the local kinetics and topology.We build up an analytical and numerical methodology of calculation motivated by experimentally observed structures.The analysis of kinetic and topological characteristics at the crossings of filaments, even in very distinct situations, can lead to the same generic models.Our work also provides insights into the effects of averaging on protofilaments at crossing microtubules, as it is inherent to current imaging experiments.The double approach, analytical and numerical, on generic models, opens many prospects.Notably, we have at our disposal the tools to investigate transport through a more realistic crossing of two typical microtubules with thirteen protofilaments each, and to deal with the particular kinetics of motor proteins on these filaments

La thèse a pour objectif principal de contribuer à la méthodologie de régulation du trafic sur une ligne ferroviaire, dans la configuration typique d’une ligne à tronc et branches en milieu urbain ou régional. L'ambition est d’apporter une modélisation plus fine du trafic des voyageurs et des trains en interaction, qui permette à la fois d’évaluer finement la qualité du service rendu aux voyageurs et différentes décisions de l’opérateur de la ligne. Se basant sur cette modélisation, nous développerons une méthode de contrôle du trafic (stratégique/ tactique et opérationnel) spécialement adaptée au problème de ligne avec embranchement. L'objectif industriel est l'implémentation d'un système de régulation dynamique intelligent pour une ligne à fourche
The aim of the doctoral thesis is to contribute on the developpement of real-time traffic control algorithms for mass transit railway systems with junctions, located in urban areas. The scientific ambition of the doctoral thesis is to develop a traffic model with a finer modelisation of the train-passengers interaction. The model will allow a more precise evaluation of the level of service offered to the passengers and of the decisions taken by the operator of the line. Basing on this modeling, we will develop a control algorithm (strategic/ tactical and operational) in order to enhance the service quality on the line. The objective of the Paris metro system operator, financing this thesis, is to have a ready-to-implement control system for a railway line with a junction

L'objectif de cette thèse porte sur l'étude des phénomènes de blocage dans un flux particules à faible densité dans un canal. Le blocage est induit par la géométrie du canal. L'essentiel de mes travaux concerne la description des situations où le blocage est contrôlé par les limites en capacité d'un canal. Le paramètre pertinent pour ce phénomène est donné par le nombre de particules minimum, N, conduisant à l'interruption du flux de particules. Un modèle stochastique simple introduit par Gabrielli et al. (PRL. 110, 170601, 2013) illustre ce comportement: des particules arrivent aléatoirement selon une distribution de Poisson à l'entrée d'un canal unidimensionnel et le traversent avec un temps constant, noté t. Le blocage survient lorsque N particules sont simultanément sur le pont. Le travail de cette thèse à été d'étudier les extensions de ce modèle. Les observables du système sont la probabilité de survie, le flux sortant ainsi que la statistique sur les particules sorties avant le blocage. Les différentes études ont permis pour le cas N>2, pour une distribution homogène quelconque et inhomogène d'entrée, pour un système de multi-canaux ainsi que pour une durée finie de blocage d'obtenir des résultats analytiques exactes ainsi que des approximations à l'aide d'outils statistique. Le dernier projet de cette thèse porte sur l'étude microscopique des phénomènes de blocage. Le modèle simple que nous avons étudié est un système bidimensionnel de particules browniennes soumis à une force de traînée et se déplaçant dans un canal avec rétrécissement. La présence d'un obstacle au milieu du canal peut causer un colmatage selon les valeurs des différents paramètres du système
This manuscript presents a study of blocking phenomenon in particulate streams flowing through anarrow channel. In particular, it examines situations in which blocking is controlled by the limitedcarrying capacity of the channel. It builds on a simple stochastic model, introduced by Gabrielli etal. (Phys. Rev. Lett. 110, 170601, 2013), in which particles arrive randomly according to a Poissondistribution at the entrance of a one-dimensional channel with an intensity λ and, unless interrupted,exit after a transit time, τ. Blocking occurs instantaneously when N=2 particles are simultaneouslypresent in the channel. The quantities of interest include the probability that the channel is still openat time t (survival probability) and the flux and total number of exiting particles. The thesisexamines a number of generalizations including when more than two particles must be present toinduce blockage, N>2, a time dependent intensity, a finite blocking time, and multi-channelsystems. We obtain exact and approximate analytical results using tools such as the masterequations describing the evolution of the n-particle partial probabilities, large deviation theory andqueuing theory. The theoretical results are validated by comparison with the results of numericalsimulations. The final chapter of the thesis uses a different approach, namely a brownian dynamics simulation of a two dimensional system of soft particles subjected to an external driving and dragforces. The presence of an obstacle in the middle of the channel can cause irreversible orintermittent clogging depending on the system geometry, temperature and particle stiffness

Le bruit de la circulation routière, et en particulier le bruit des deux-roues motorisés, constituent une importante source de gêne sonore. Afin d’estimer l’exposition sonore dans les villes de plus 100 000 habitants, la directive européenne 2002/49/CE impose la réalisation de cartes de bruit stratégiques, basées sur l’indice Lden. Cet indice est également utilisé dans des relations exposition-réponse, afin de prédire les pourcentages de personnes gênées, notamment par le bruit du trafic routier. En couplant les cartes de bruit stratégiques et ces relations exposition-réponse, des cartes de gêne pourraient être établies. Toutefois, la pertinence de cet indice pour prédire la gêne due au bruit en milieu urbain est souvent remise en cause, car de nombreux facteurs acoustiques influents (e.g. les caractéristiques spectrales et temporelles) ne sont pas pris en compte par cet indice. Cette thèse vise à améliorer la caractérisation de la gêne due au bruit de trafic routier urbain en considérant différentes compositions de trafic et la présence des deux-roues motorisés. Dans ce but, des expériences sont menées en conditions contrôlées. Une première étude a porté sur l’influence de plusieurs facteurs acoustiques relatifs aux périodes de calme et aux bruits de passage de véhicules sur la gêne due au bruit de trafic routier urbain. Cette étude a conclu à l’influence de la présence de périodes de calme et du nombre de véhicules au sein du trafic routier urbain et à l’absence d’influence de l’ordre des véhicules routiers, de la position et de la durée des périodes de calme. Ces résultats ont été utilisés afin de mener la caractérisation physique et perceptive de différentes compositions de trafic routier urbain. La régression multi-niveau a été utilisée pour calculer la gêne, en considérant 1) des facteurs acoustiques influents à l’aide de combinaisons pertinentes d’indices et 2) un facteur non acoustique : la sensibilité au bruit. Dans les villes, le bruit routier est souvent entendu en situation de multi-exposition avec d’autres bruits. Dans le cadre de ces travaux de thèse, les situations de multi-exposition aux bruits routier et d’avion ont été étudiées. Pour cela, un travail semblable à celui mené pour le bruit de trafic routier urbain a été mené pour le bruit d’avion conduisant également à des combinaisons pertinentes d’indices. En vue de caractériser les gênes dues aux bruits de trafic routier et d’avion pour des situations de multi-exposition sonore, les données des précédentes expériences ainsi que celles d’une expérience conduite en situation de multi-exposition à ces bruits combinés ont été utilisées au travers d’une régression multi-niveau adaptée, comme cela a pu être mené dans la littérature. La régression multi-niveau a ainsi permis la proposition de modèles de gêne pour chaque source de bruit. Puis, la gêne totale due à des situations de multi-exposition à ces bruits a été étudiée, afin de mettre en évidence les phénomènes perceptifs mis en jeu. Des modèles de gêne totale ont été proposés, en utilisant les modèles de gêne due à chaque source. Enfin, les modèles de gêne obtenus pour chaque source et les modèles de gêne totale ont été confrontés aux données d’une enquête socio-acoustique. A cet effet, une méthodologie a été proposée afin d’estimer les différents indices des modèles à partir des valeurs du Lden, issues de cartes de bruit et utilisées pour définir l’exposition au bruit des personnes enquêtées. Cette confrontation a montré que les modèles proposés à partir d’expériences menées en laboratoire et couplés à la méthodologie d’estimation des indices à partir des valeurs du Lden permettent une bonne prédiction de la gêne in situ
Road traffic noise, and in particular powered two-wheeler noise, constitute an important source of noise annoyance. In order to estimate the noise exposure in cities of more than 100 000 inhabitants, the European directive 2002/49/EC requires the elaboration of strategic noise maps, based on the Lden index. This index is also used in exposureresponse relationships, to predict the percentages of annoyed people, by road traffic noise for example. By coupling strategic noise maps and these exposure-response relationships, noise annoyance maps could be established. The relevance of this index to predict noise annoyance in cities is however often questioned, since many influential acoustical factors (e.g. spectral and temporal features) are not considered by this index. The aim of this thesis is to enhance the characterization of noise annoyance due to different compositions of urban road traffic including powered two-wheelers. To achieve this goal, experiments were carried out under controlled conditions. A first study concerned the influence of several acoustical features related to quiet periods and vehicle pass-by noises on the annoyance due to urban road traffic noise. This study demonstrated the influence of the presence of quiet periods and of the number of vehicles within the urban road traffic and to the absence of the influence of the order of the vehicle pass-by noises, the position and duration of quiet periods. These results were used to carry out the physical and perceptual characterization of different compositions of urban road traffic noise. Multilevel regression was used to calculate noise annoyance, by coupling combinations of indices relating to influential acoustical features and an individual factor: noise sensitivity. In cities, road traffic noise is often combined with other noises. In the framework of this thesis, noise exposure to road traffic noise combined with aircraft noise was studied. Therefore, the same work as the one performed for urban road traffic noise was carried out for aircraft noise, leading also to relevant combinations of noise indices. In order to characterize annoyances due to road traffic noise and to aircraft noise in a combined exposure situation, data from the previous experiments and from an experiment dealing with these combined noises were used through an appropriate multilevel regression, as done in literature. The regression allows annoyance models for each noise source to be proposed. Then, total annoyance due to combined noises was studied, in order to highlight the perceptual phenomena related to the combined exposure. Total noise annoyance models were proposed, using proposed annoyance model of each noise source. Finally, these single source annoyance models and total annoyance models were tested using data of a socio-acoustic survey. To do this, a methodology has been proposed to estimate the different indices involved in the annoyance models, from the Lden values obtained from the strategic noise maps and used to define the noise exposure of the respondents. This confrontation showed that the models proposed on the basis of experiments carried out under laboratory conditions and coupled with a methodology of estimation of the noise indices from Lden values, enabled a good prediction of in situ annoyance

Le développement des réseaux séparatifs entraîne le transfert fréquent de polluants urbains vers les milieux récepteurs (plans d’eau, rivières, etc.). La compréhension des processus de production et de lessivage des polluants dans le milieu urbain est pourtant incomplète à l’heure actuelle. Afin de répondre aux questions liées à la gestion des eaux urbaines, l’amélioration des connaissances des processus physiques est nécessaire, tant au niveau des surfaces urbaines que les réseaux d'assainissement. Pour cela, la modélisation du transfert hydrologique des polluants en milieu urbain peut être un outil précieux.Cette thèse a pour objectif de développer et d'analyser des modèles distribués à base physique pour simuler les flux de polluants routiers (Matières En Suspension (MES), Hydrocarbures, Métaux) dans un environnement urbain. Elle s'inscrit dans le cadre du projet ANR "Trafipollu" et bénéficie des résultats expérimentaux mis en œuvre dans ce projet pour la calibration et validation des modèles utilisés. Le travail de thèse s’articule autour de deux échelles de modélisation : l’échelle locale et l’échelle du quartier.A l'échelle locale, le code FullSWOF (volumes finis, schéma numérique d'ordre 2) couplé au modèle d’érosion d'Hairsine and Rose (1992a; 1992b) et des données géographiques très détaillées (résolution spatiale centimétrique) ont été utilisés et adaptés afin d'améliorer nos connaissances des processus physiques du lessivage des polluants sur les surfaces urbaines. La comparaison aux mesures en continu permet d’évaluer la performance d’une modélisation physique pour représenter les variations spatiales et temporelles des processus de transferts des polluants sur les surfaces urbaines. Les analyses des résultats obtenus permettent de constater la prédominance des effets d'arrachement liés à la pluie sur les processus d'entrainement par l'advection sur la majeure partie du bassin versant routier. L’utilisation d’un modèle d’érosion pour modéliser le transport particulaire en zone urbaine est une innovation importante de cette thèse.A l’échelle du quartier, la deuxième étape du travail consiste à coupler séquentiellement le modèle TREX (Velleux, England, et al., 2008) avec le modèle CANOE (Alison, 2005), nommé "TRENOE" plateforme. En changeant différentes options de mise en œuvre et de configurations du modèle, l’adaptation de la précision numérique et l’utilisation de données détaillées d’occupation du sol semblent être les facteurs clés pour une telle modélisation. Par ailleurs, ce couplage a montré des problèmes de fond tels que la modélisation du schéma numérique des flux en surface (seulement dans 4 directions), ainsi que l'utilisation de l'équation USLE pour simuler l'érosion en milieu urbain, ne comprenant pas d’impact des gouttes de pluie pour la modélisation.Pour remédier à ces défauts, la plateforme opensource LISEM-SWMM est développée en couplant le modèle LISEM (De Roo, Wesseling, et al., 1996), modèle d’érosion développé initialement pour le milieu naturel, et le modèle SWMM (Rossman, 2010). Pour la première fois, la modélisation hydrologique s’appuie aussi sur l’utilisation de sorties de modèles atmosphériques pour les dépôts des particules fines (PM10), hydrocarbures et métaux. Les résultats montrent que l’emploi de modèles totalement distribués peut arriver à reproduire de manière très fine les dynamiques des particules, des hydrocarbures et des métaux. Même si à ce stade la plateforme développée nécessite des améliorations pour adapter aux utilisations dans le champ opérationnel, ceci constitue une avancée pour le domaine de modélisation du transfert hydrologique des polluants routiers en milieu urbain
Nowadays, the increasing use of separate stormwater systems causes a frequent transport of urban pollutants into receiving water bodies (lakes, rivers). However, current studies still lack of the knowledge of urban build-up and wash-off processes. In order to address urban management issues, better understanding of physical mechanism is required not only for the urban surfaces, but also for the sewer systems. In this context, the modelling of hydrological transfer of urban pollutants can be a valuable tool.This thesis aims to develop and assess the physically-based and distributed models to simulate the transport of traffic-related pollutants (suspended solids, hydrocarbons, heavy metals) in urban stormwater runoffs. This work is part of the ANR "Trafipollu" project, and benefit from the experimental results for model calibration and validation. The modelling is performed at two scales of the urban environment: at the local scale and at the city district scale.At the local scale of urban environment, the code FullSWOF (second-order finite volume scheme) coupled with Hairsine and Rose model (1992a; 1992b) and detailed monitoring surveys is used to evaluate urban wash-off process. Simulations over different rainfall events represent promising results in reproducing the various dynamics of water flows and particle transfer on the urban surfaces. Spatial analysis of wash-off process reveals that the rainfall-driven impacts are two orders of magnitude higher than flow-drive effects. These findings contribute to a significant improvement in the field of urban wash-off modelling. The application of soil erosion model to the urban context is also an important innovation.At the city district scale, the second step consists of coupling the TREX model (Velleux, England, et al., 2008) and the CANOE model, named "TRENOE" platform. By altering different options of model configurations, the adequate numerical precision and the detailed information of landuse data are identified as the crucial elements for achieving acceptable simulations. Contrarily, the high-resolution topographic data and the common variations of the water flow parameters are not equally significant at the scale of a small urban catchment. Moreover, this coupling showed fundamental problems of the model structure such as the numerical scheme of the overland flow (only 4 directions), and the empirical USLE equations need to be completed by raindrop detachment process.To address these shortcomings, the LISEM - SWMM platform is developed by coupling the open-source LISEM model (De Roo, Wesseling, et al., 1996), which is initially developed for soil erosion simulations, and the SWMM model (Rossman, 2010). For the first time, the hydrological model is also supported by the simulations of atmospheric dry deposits of fine particles (PM10), hydrocarbons and heavy metals. The performance of water flow and TSS simulations are satisfying with the calibrated parameters. Considering the hydrocarbons and heavy metals contents of different particle size classes, simulated event mean concentration of each pollutant is comparable to local in-situ measurements. Although the platform at current stage still needs improvements in order to adapt to the operational applications, the present modelling approach contributes to an innovative technology in the field of modelling of hydrological transfer of the traffic-related pollutants in urban environment

La simulation constitue une approche majeure pour la conception, le développement, l’analyse et l’évolution des systèmes urbains. Dans le contexte de cette thèse, nous nous intéressons à la modélisation et à la simulation des déplacements de flux (piéton, véhicule, cycle) au sein d’environnements urbains. Le contexte industriel dans lequel s’inscrit également cette thèse impose de considérer les déplacements de chaque entité dans un univers modélisé en trois dimensions. Nous proposons d’aborder les nombreux défis scientifiques et technologiques en modélisant les flux sous la forme d’entités autonomes appelées agents. La simulation orientée-agent nécessite de définir trois mécanismes principaux : le comportement des agents, leurs interactions avec les autres agents et leurs interactions avec l’environnement dans lequel ils évoluent. Ce dernier modélise la structure du monde ainsi que sa dynamique endogène. Malheureusement, il reste difficile de trouver des modèles d’environnement répondant aux différentes problématiques scientifiques et technologiques abordées dans cette thèse. Par conséquent, nous proposons un modèle d'environnement, nommé HEDGE (HEterogenous Dual Graph Environment). Il est basé sur une décomposition de l’environnement en zones reliées par des liens de navigation et de perception. Cette structure de graphe est au centre de notre modèle. Elle a été conçue pour permettre une modélisation naturelle de l’environnement et une simulation efficace du système constitué par cet environnement et les agents. Les missions et les processus dynamiques de l’environnement sont modélisés à l’aide de mécanismes inspirés des lois de la Physique. Les actions fournies par les agents et par les algorithmes calculant la dynamique endogène de l’environnement sont des forces à appliquer aux objets du monde. Un modèle de détection et de résolution de conflits entre ces forces est utilisé afin de garantir un état cohérent du modèle de l’environnement. Dans la dernière partie de cette thèse, nous illustrons l’utilisation du modèle HEDGE dans le cadre de deux projets d’aménagement de la ville de Belfort et de sa communauté d’agglomérations Le produit de l’application de ce modèle est utilisé à des fins d’études techniques (études préliminaires, avant-projet), de communication (concertations et débats publics) et de promotion (expositions, valorisation) sous la forme de logiciels interactifs en 3D
Simulation constitutes a major approach for the conception, development, analysis and evolution of urban systems. This thesis focusses on the modeling and simulation of movements (pedestrian, vehicle, cycle) within urban environments. The industrial context associated with this thesis requires to consider the movements of each entity in a three dimensional universe. In this thesis, we propose to address the scientific and technological challenges by using autonomous entities, called agents, to model the individuals. In agent-based simulation three elements must be defined: the agent behaviors, their interactions with other agents, and with the environment. The environment models the structure of the world and its endogenous dynamics. Unfortunately, it is still difficult to find an environment model that answers all the different scientific and technological problems addressed in this thesis. Consequently, an environment model named HEterogenous Dual Graph Environment (or HEDGE) is proposed. The HEDGE model is based on a decomposition of the environment using zones that are linked with navigation and perception links. This graph structure is at the center of our model. It is designed to “naturally” model the environment, and it allows an efficient simulation of the system composed of the environment and the agents. The environment’s missions and dynamic processes are modeled using mechanisms, which are inspired by the laws of Physics. The actions provided by the agents and the endogenous dynamics algorithms correspond to physical forces to apply to objects in the world. A model of conflict detection and resolution between those forces is used to ensure the coherence of the environment model state. In the last part of this thesis, the HEDGE model is used in the context of two urban planning projects in the city of Belfort, and its metropolitan area. The product of this model’s application is used in the context of technical studies (preliminary studies, pre-project), communication (consultation and public debates) and promotion (exposition, valorization) in the form of interactive 3D software

Une grande majorité (85%) des ponts français a une portée inférieure à 50 m. Pour ce type d’ouvrage d’art, la charge de trafic peut être déterminante pour la conception et le recalcul. Or, en Europe, le fret routier a augmenté de 36.2% entre 1995 et 2010, et la croissance annuelle du volume transporté par la route a été évaluée à 1.7% entre 2005 et 2030. Il est donc essentiel de s’assurer que les infrastructures européennes sont en mesure de répondre à cette demande croissante en capacité structurelle des ouvrages. Pour les ouvrages neufs, les modèles de trafic dans les normes ou les législations pour la conception des ponts incluent une marge de sécurité suffisante pour que la croissance du trafic soit prise en compte sans dommage par ces ouvrages. Mais pour les ouvrages existants, la résistance structurelle aux trafics actuels et futur est à vérifier et une priorisation des mesures doit être faite pour assurer leur intégrité structurelle et leur sécurité. De plus, afin de préserver leur infrastructure tout en ne menaçant pas leur compétitivité nationale, certains pays réfléchissent à l’introduction de poids lourds plus longs, plus lourds, ce qui permet de réduire le nombre de véhicules pour un volume ou un tonnage donné, ainsi que d’autres coûts (d’essence, de travail, ..), ce qui justifie encore plus les calculs effectués. Pour répondre à ce genre de problématique, différentes méthodes d’extrapolation ont déjà été utilisées pour modéliser les effets extrêmes du trafic, afin de déterminer les effets caractéristiques pour de grandes périodes de retour. Parmi celles-ci nous pouvons citer l’adaptation d’une gaussienne ou d’une loi de Gumbel sur la queue de distribution empirique, la formule de Rice appliquée à l’histogramme des dépassements de niveaux, la méthode des maxima par blocs ou celle des dépassements de seuils élevés. Les fondements et les utilisations faites de ces méthodes pour modéliser les effets extrêmes du trafic sur les ouvrages sont donnés dans un premier chapitre. De plus, une comparaison quantitative entre ces méthodes est réalisée. Deux études sont présentées, l’une basée sur un échantillon numérique et l’autre sur un échantillon réaliste d’effets du trafic. L’erreur induite par ces méthodes est évaluée à l’aide d’indicatifs statistiques simples, comme l’écart-type et les moindres carrés, évalués sur les valeurs caractéristiques et les probabilités de rupture. Nos conclusions sont, qu’en général, les méthodes sont moins précises lorsqu’il s’agit de déterminer des probabilités de rupture que lorsqu’elles cherchent des valeurs caractéristiques. Mais la raison peut en être les faibles probabilités recherchées (10-6 par an). De plus, bien qu’aucune méthode n’ait réalisée des extrapolations de manière correcte, les meilleures sont celles qui s’intéressent aux queues de probabilités, et en particulier des dépassements au-dessus d’un seuil élevé. Ainsi une étude de cette dernière méthode est réalisée : en effet, cette méthode, nommé "dépassements d’un seuil élevé", considère que les valeurs au-dessus d’un seuil correctement choisi, assez élevé, suit une distribution de Pareto généralisée (GPD). Cette méthode est utilisée de manière intensive dans les domaines de l’hydrologie et la finance, mais non encore appliquée dans le domaine des effets du trafic sur les ouvrages. Beaucoup de facteurs influencent le résultat lorsqu’on applique cette méthode, comme la quantité et la qualité des données à notre disposition, les critères utilisés pour déterminer les pics indépendants, l’estimation des paramètres et le choix du seuil. C’est pour cette raison qu’une étude et une comparaison des différentes méthodes d’estimation des paramètres de la distribution GPD sont effectuées : les conditions, hypothèses, avantages et inconvénients des différentes méthodes sont listés. Différentes méthodes sont ainsi étudiées, telles la méthode des moments (MM), la méthode des moments à poids (PWM), le maximum de vraisemblance (ML), le maximum de vraisemblance pénalisé (PML), le minimum de la densité de la divergence (MDPD), la méthode des fractiles empiriques (EPM), la statistique du maximum d’adaptation et la vraisemblance des moments (LM). Pour comparer ces méthodes, des échantillons numériques, des effets de trafic simulés par Monte Carlo et des effets mesurés sur un ouvrage réel sont utilisés. Comme prévu, les méthodes ont des performances différentes selon l’échantillon considéré. Néanmoins, pour des échantillons purement numériques, MM et PWM sont recommandées pour des distributions à paramètre de forme négatif et des échantillons de petite taille (moins de 200 valeurs). ML est conseillé pour des distributions à paramètre de forme positif. Pour des effets du trafic simulés, ML et PML donne des valeurs de retour plus correctes lorsque le nombre de valeurs au-dessus du seuil est supérieur à 100 ; dans le cas contraire, MM et PWM sont conseillés. De plus, comme c’est prouvé dans l’étude de valeurs réelles mesurées, les valeurs a priori aberrantes ("outliers") ont une influence notable sur le résultat et toutes les méthodes sont moins performantes. Comme cela a été montré dans la littérature, ces "outliers" proviennent souvent du mélange de deux distributions, qui peuvent être deux sous-populations. Dans le cas de l’effet du trafic sur les ouvrages, cela peut être la raison d’une estimation des paramètres non correcte. Les articles existant sur le sujet soulignent le fait que les effets du trafic sont dus à des chargements indépendants, qui correspondant au nombre de véhicules impliqués. Ils ne suivent pas la même distribution, ce qui contredit l’hypothèse classique en théorie des valeurs extrêmes que les événements doivent être indépendants et identiquement distribués. Des méthodes permettant de prendre en compte ce point et utilisant des distributions mélangées (exponentielles ou valeurs extrêmes généralisées) ont été proposées dans la littérature pour modéliser les effets du trafic. Nous proposons une méthode similaire, que nous appelons dépassement de seuils mélangés, afin de tenir des différentes distributions sous-jacentes dans l’échantillon tout en appliquant à chacune d’entre elles la méthode des dépassements de seuil. Pour des ponts ayant des portées supérieures à 50 m, le scénario déterminant est celui de la congestion, qui n’est pas ce qui est étudié ici. De plus, le trafic n’est pas la composante déterminante pour la conception des ponts de longue portée. Mais des problèmes de fatigue peuvent apparaître dans certains ponts, tels les ponts métalliques à dalle orthotrope, où l’étude du trafic peut devenir nécessaire. Ainsi nous avons fait une étude de l’influence de la position des véhicules sur le phénomène de fatigue. Pour cela, quatre fichiers de trafic réels, mesurés en 2010 et 2011 par quatre stations de pesage différentes, ont été utilisés. Ils ont mis à jour des comportements latéraux différents d’une station à l’autre. Si nous les appliquons au viaduc de Millau, qui est un pont métallique à haubans et à dalle orthotrope, nous voyons que l’histogramme des effets et l’effet de fatigue cumulé est beaucoup affecté par le comportement latéral des véhicules. Ainsi, des études approfondies utilisant les éléments finis pour modéliser les ouvrages et des enregistrements de trafic réel, peuvent être utilisées pour pré-déterminer quels éléments, donc quelles soudures, doivent être examinés dans les ponts afin d’estimer leur santé structurelle.

Dans ce travail de thèse, nous étudions la répartition d'un train périodique de gouttes monodisperses à une simple bifurcation asymétrique. Nous montrons que le trac des éléments discrets dans des réseaux microuidiques résulte de deux mécanismes physiques diérents : un mécanisme collectif de rétroaction hydrodynamique et un mécanisme local de collisions. La compétition entre ces deux mécanismes est régie par le connement des gouttes. Nous proposons des modèles phénoménologiques simples pour comprendre ce trac en fonction des paramètres pertinents du problème. Parallèlement à cette étude, nous mettons au point une méthode passive pour mesurer les pertes de charges dans des écoulements microuidiques et nous mesurons expérimentalement l'excès de résistance hydrodynamique produit par la présence d'une goutte en fonction de son connement dans des canaux de section rectangulaire et circulaire. Enn, nous montrons que la géométrie des canaux aecte notablement la mobilité des gouttes : les gouttes vont plus vite que l'écoulement moyen dans le cas de section circulaire et moins vite dans le cas de section rectangulaire. Ceci du fait de la présence de coins dans cette géométrie
In this work, we investigate repartionning of monodisperse droplets at a simple asymmetric bifurcation. We show that a trac of discrete uid in microuidic systems is regulated by two distincts mechanisms : collective hydrodynamic feedback and local colisions. The competition between these two mechanisms is controlled by the connement of the droplets. For each mechanism, we propose simple phenomenological models in terms of the various pertinent parameters of the problem. Furthermore, we develop a passive method to measure pressure drops in microuidics channels. We measure the excess hydrodynamic resistance of each droplet channel for channels having circular and rectangular cross-sections. We show that the geometry of a channel aects the mobility of droplets. Droplets travel faster (slmower) than the average ow speed for channels having circular (rectangular) cross sections

La forte augmentation du nombre de terminaux connectés ces dernières années et l'utilisation croissante des technologies de communication impacte de manière non négligeable la facture énergétique. Pour enrayer cette augmentation de la consommation énergétique, il devient primordial de pouvoir comparer en termes de consommation les algorithmes de communications numériques, afin de développer l'architecture de transmission la moins énergivore. Dans cette thèse, la couche physique des standards Wi-Fi IEEE 802.11ac est analysée sous un angle énergétique. La puissance dissipée dans les circuits pour faire fonctionner les algorithmes de traitement de signal est prise en compte en plus de la puissance d'émission d'antenne classique. La méthodologie mise en œuvre inclut à la fois des simulations et des développements sur plateforme matérielle (FPGA), permettant d'obtenir des évaluations de la consommation plus réalistes. Nous avons dans un premier temps analysé de façon isolée les éléments composant les chaines de communications numériques. Puis nous avons intégré les périodes d'activité et d'inactivité de chaque élément dans le calcul de la consommation énergétique globale des chaines. Nous proposons une méthode pratique et efficace d'estimation de la consommation, incluant une base de données issue de simulations, et une analyse théorique des taux d'activité de chaque élément de la chaine. Ces résultats permettent d'analyser la répartition de la consommation en puissance des éléments composant les émetteurs et les récepteurs, et de comparer diverses architectures et jeux de paramètres. En particulier, nous avons évalué l'impact de deux architectures de Transformées de Fourier Rapides sur la consommation globale du système
The strong increase of the number of connected devices in recent years and the increasing use of communication technologies has a significant impact on the energy bill. To stop the increase in energy consumption, it is essential to be able to compare the digital communication algorithms in terms of consumption, in order to develop the most energy-efficient transmission architecture.In this thesis, the IEEE 802.11ac Wi-Fi standard of physical layer is analyzed at an energy point of view. The power dissipated in the circuits for operating the signal processing algorithms is taken into account in addition to the antenna transmission power. The implemented methodology includes both simulations and developments on a hardware platform (FPGAs), resulting in more realistic consumption assessments.First, we analyzed separately the components of the digital communications chains. Then we integrated the periods of activity and inactivity of each element in the calculation of the global energy consumption of the chains. We propose a practical and efficient method of estimating consumption, including a database derived from simulations, and a theoretical analysis of the activity rates of each element of the chain.These results make it possible to analyze the distribution of the power consumption of the elements composing transmitters and receivers, and to compare various architectures and sets of parameters. In particular, we evaluated the impact of two Fast Fourier Transform architectures on overall system consumption

La pollution sonore est un problème majeur pour les résidents des zones urbaines. La directive Européenne 2002/49/CE impose aux états membres l’établissement de cartes de bruit. Ces dernières sont construites sur la base de l’indice énergétique Lden, également utilisé dans les relations dose-effet établies pour prédire la gêne. Toutefois, pour l’évaluation de la gêne due au bruit dans les zones urbaines, la pertinence de cet indice est souvent remise en question. En effet, de nombreuses études ont montré que les caractéristiques temporelles et spectrales des bruits environnementaux influencent aussi les réponses de gêne et ne sont pas prises en compte dans cet indice. Cette thèse vise à contribuer à l’amélioration de la caractérisation de la gêne due au bruit des véhicules routiers en ville. Elle est basée sur des expériences réalisées en laboratoire. Elle comprend deux parties principales. La première partie a comme objectif de progresser sur la caractérisation physique et perceptive du bruit des passages de divers véhicules routiers en milieu urbain tels que les bus, les deux-roues motorisés, les poids lourds et les véhicules légers. Une attention particulière a été portée sur la caractérisation de la gêne due aux deuxroues motorisés qui sont cités parmi les véhicules routiers les plus gênants et sont peu étudiés dans la littérature. Dans cette perspective, un indicateur acoustique caractéristique de la gêne due au bruit routier urbain a été déterminé : il rend compte de différents attributs auditifs gênants en associant la sonie, un indice spectral et deux indices de modulation proposés dans le cadre de ces travaux. Dans les zones urbaines, les riverains sont souvent exposés à la circulation routière en présence d’autres sources de bruit de l’environnement. L’objectif principal de la deuxième partie est la prédiction de la gêne totale due au bruit du trafic routier urbain combiné avec le bruit de tramway. Dans le but de caractériser la gêne totale, les phénomènes perceptifs liés à la combinaison de ces bruits sont tout d’abord étudiés. Ensuite, l’indicateur proposé précédemment pour caractériser la gêne due au bruit des passages de différents véhicules routiers est testé lorsque différents trafics routiers urbains sont considérés. Sur la base de ces résultats, des modèles permettant de caractériser la gêne due au bruit de trafic routier urbain combiné au bruit de tramway ont été proposés
Noise pollution is a major concern for residents of urban areas. To date, the European directive 2002/49/CE requires member states to represent community noise through noise maps. These are produced using the Lden (day-evening-night level) index which is also employed for dose-effect relationships in noise annoyance prediction. However, for the assessment of noise annoyance in urban areas, its relevance is often questioned. Numerous studies have shown that noise annoyance due to community noise is not solely based on the sound pressure level and other acoustical signal characteristics such as temporal and spectral features influence noise annoyance ratings. This thesis aims to improve the assessment of noise annoyance due to various road vehicle noises in cities. It is based on experiments carried out in laboratory conditions and comprises two main parts. The first addresses the enhancement of the physical and perceptual characterization of annoyance due to various urban road vehicle pass-by noises, such as buses, poweredtwo- wheelers, heavy vehicles and light vehicles. A specific focus is put on the characterization of annoyance due to powered-two-wheelers which are among the most annoying road vehicles and studied little in the existing literature. An indicator accounting for annoyance-relevant auditory attributes of urban road vehicle pass-by noises is determined: it comprises loudness, a spectral index and two modulation indices proposed in this work. In urban agglomerations, people are often exposed to road traffic in presence of a variety of other environmental noise sources. The focal point of the second part is on the prediction of total annoyance due to urban road traffic noise combined with tramway noise. In the aim of adequately characterizing total annoyance, first the perceptual phenomena involved in annoyance due to the combination of the sources are studied. Furthermore, the analysis allows for the testing of the proposed noise annoyance indicator for the characterization of urban road traffic noise. To characterize annoyance due to tramway noise, an indicator determined in a recent study is employed. Based on these indicators and the findings regarding perceptual phenomena, models for the prediction of total annoyance due to combined urban road traffic and tramway noise are proposed

The safety of Powered Two Wheelers (PTWs) is important for public authorities and roadadministrators around the world. Recent official figures show that PTWs are estimated to represent only 2% of the total traffic but represent 30% of total deaths on French roads. However, as these estimated figures are obtained by simply counting the number plates registered, they do not give a true picture of the PTWs on the road at any given moment. This dissertation comes under the project METRAMOTO and is a technical applied research work and deals with two problems: detection of PTWsand the use of a laser scanner to count PTWs in the traffic. Traffic generally contains random vehicles of unknown nature and behaviour such as speed,vehicle interaction with other users on the road etc. Even though there are several technologies that can measure traffic, for example radars, cameras, magnetometers etc, as the PTWs are small-sized vehicles, they often move in between lanes and at quite a high speed compared to the vehicles moving in the adjacent lanes. This makes them difficult to detect. the proposed solution in this research work is composed of the following parts: a configuration to install the laser scanner on the road is chosen and a data coherence method is introduced so that the system is able to detect the road verges and its own height above the road surface. This is validated by simulator. Then the rawd ata obtained is pre-processed and is transform into the spatial temporal domain. Following this, an extraction algorithm called the Last Line Check (LLC) method is proposed. Once extracted, the objectis classified using one of the two classifiers either the Support Vector Machine (SVM) or the k-Nearest Neighbour (KNN). At the end, the results given by each of the two classifiers are compared and presented in this research work. The proposed solution in this research work is a propototype that is intended to be integrated in a real time system that can be installed on a highway to detect, extract, classify and counts PTWs in real time under all traffic conditions (traffic at normal speeds, dense traffic and even traffic jams).

De 1987 à 1997, le transport aérien intra-européen a connu un bouleversement institutionnel sans précé-dent avec sa libéralisation, c’est-à-dire le passage d’un environnement très régulé et contraint par les États à un environnement libéral. Au terme de ce processus, toute compagnie communautaire peut opérer n’importe quel vol intra-communautaire et les aides d’État sont interdites, obligeant les compagnies à être financière-ment rentables. La liberté d’accès au marché et l’impératif de rentabilité sont de nature à faire évoluer la géographie des réseaux et donc la desserte des ré-gions européennes par le biais de différentes dynami-ques (développement ou rationalisation des compagnies préexistantes, émergence de nouvelles compagnies, faillites, réorganisation des services publics,…).

La libéralisation du ciel européen a effectivement conduit à soumettre l’essentiel de l’offre intra-européenne aux « lois du marché », les services publics étant devenus résiduels (moins de 5% des sièges intra-européens). Pour autant, la concurrence à l’échelle des lignes n’est pas devenue la norme. Elle a certes aug-menté, en particulier sur des grandes lignes domesti-ques jadis très protégées, sur les principales lignes européennes entre régions métropolitaines et sur les lignes nord – sud à vocation touristique. Cependant, le développement de nombreuses nouvelles lignes exploi-tées par une seule compagnie a paradoxalement aug-menté le nombre et la part des monopoles de fait. De nombreuses concurrences n’ont lieu qu’indirectement, soit au travers de filiales étrangères (par exemple Spa-nair appartenant à SAS), soit par des compagnies low-cost opérant depuis des aéroports secondaires plus éloignés des grandes agglomérations européennes (par exemple Hahn au lieu de Francfort).

Entre 1991 et 2005, la desserte de l’espace européen libéralisé connaît d’importantes évolutions. D’une part, le volume de l’offre (en sièges) est presque multiplié par deux (+85%, +81% si l’on se limite aux vols intra-européens), soit un taux de croissance annuel moyen de 5,6%. Cette croissance concerne plus l’offre interna-tionale que nationale, qui l’emporte maintenant sur la seconde. D’autre part, la dynamique d’ouverture et de fermeture de lignes est spectaculaire :1308 créations contre 459 disparitions, si bien que le nombre total de lignes a augmenté de moitié et que le réseau européen actuel est un réseau pour moitié renouvelé par rapport à celui de 1991. Cependant, le poids en sièges des lignes héritées est de 8/10. Le réseau européen actuel est donc quantitativement toujours dominé par les relations historiques, qui constituent l’armature de la desserte aérienne européenne.

Les espaces touristiques balnéaires méridionaux ont capté une grande partie de cette croissance (3/10 des nouvelles liaisons, ¼ de l’augmentation générale du nombre de sièges). Si l’on y ajoute le tourisme urbain, on observe très clairement une banalisation du tou-risme aérien.

Une typologie évolutive des réseaux à l’échelle des compagnies a révélé des stratégies différenciées et donc des impacts variés en termes de desserte des territoires. Les grandes compagnies nationales ont généralement fortement développé leur offre tout en la concentrant plus encore sur leurs bases aéroportuaires traditionnelles organisées en hubs. Parfois, un second hub a dû être créé pour contourner des problèmes de saturation (Munich en plus de Francfort) ou mieux coller à la demande (Milan en plus de Rome). Les compagnies classiques ont aussi pris des participations dans des petites compagnies afin de pénétrer plus facilement, et à moindre coût, des marchés étrangers. Ces filiales — et leurs réseaux — ont parfois été converties en opéra-teurs régionaux alimentant les grands hubs. Par ail-leurs, diverses petites compagnies ont pu se développer à l’échelle européenne, sortant souvent de leur cadre national classique. Ces développements se sont tantôt faits au bénéfice des villes « de province » (en particu-lier en Grande-Bretagne), tantôt par concentration sur la capitale (en particulier dans les pays où les villes de province ont peu de poids économique et démographi-que). Enfin, des compagnies charters ont transformé leur offre en offre régulière, la rendant plus ouverte au public, au profit des zones touristiques méridionales qui sont ainsi plus facilement accessibles.

Mais la plus spectaculaire évolution est sans doute le développement des compagnies low-cost. Celles-ci sont responsables de 4/10 de la croissance de l’offre (en sièges) sur la période 1995-2004 ;elles sont aussi mêlées à 3/10 des nouvelles lignes européennes ouver-tes entre 1991 et 2005. Leurs réseaux renforcent les liaisons entre régions métropolitaines et entre celles-ci et les destinations touristiques. En outre, les régions subcentrales leur doivent la moitié de leur desserte et presque toute leur croissance. De nombreux petits aéroports leur doivent l’essentiel, voire la totalité, de leur desserte et de leur croissance, en particulier dans les régions subcentrales et intermédiaires. Ceci a consi-dérablement modifié les rapports entre compagnies et gestionnaires d’aéroports, plaçant ces derniers dans un rapport de forces qui ne leur est pas toujours favorable.

Ces dynamiques viendraient presque faire oublier les décroissances. D’une part, des faillites ont parfois eu un effet négatif marqué sur la desserte des villes, comme nous l’avons en particulier montré pour Bruxelles avec la faillite de la Sabena. D’autre part, les services publics subventionnés semblent être en régression, bien que l’analyse détaillée du cas français montre que la géo-graphie des services publics antérieurs à la libéralisation découlait parfois plus d’exigences politiques locales que de besoins réels.

A l’échelle régionale, l’analyse des évolutions par types économiques régionaux montre qu’au-delà de taux de croissance très variés et malgré toutes les dynamiques étudiées, la répartition de l’offre est demeurée assez constante :il n’y a pas de remise en cause de la hiérar-chisation de l’espace européen. Les régions métropoli-taines continuent en effet à polariser une très grande partie de l’offre et sont toujours les points de passage quasi-obligés pour les vols intercontinentaux. Un niveau en dessous, les régions centrales disposent toujours d’une offe honorable, quoique limitée à l’Europe et ses marges. Les régions subcentrales profitent d’une « décompression » des régions métropolitaines et cen-trales et de la dynamique low-cost. Les capitales des pays ex-communistes connaissent un rattrapage et sont repolarisées par l’Europe occidentale. Les périphéries touristiques connaissent un important développement mais pèsent peu globalement. Les autres périphéries et les espaces intermédiaires tendent à se marginaliser, victimes de trop faibles densités économiques et démo-graphiques et d’une contraction des services publics aériens.

Enfin, si le développement de lignes transversales entre petites villes est une réalité, leur poids est avant tout local. Celles-ci pèsent en effet peu globalement.

Doctorat en sciences, Spécialisation géographie
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Étude de certains problèmes d'optimisation combinatoire. Le premier concerne un problème de régulation de trafic pour lequel on donne une formulation mathématique et on propose une méthode permettant de le résoudre. Le deuxième problème traité est un des problèmes de la physique statistique qui relève de la combinatoire et de l'optimisation, celui du fondamental d'un verre de spins (modèle d'Ising). Enfin on étudie, deux autres problèmes d'optimisation combinatoire: l'absorbant et le Ki-recouvrement de poids minimum