Search

Purpose This paper aims to improve the radial basis fuction mesh morphing method. During a shape optimization based on computational fluid dynamic (CFD) solvers, the mesh has to be changed. Two possible strategies are re-meshing or morphing. The morphing one is advantageous because it preserves the mesh connectivity, but it must be constrained. Design/methodology/approach RBF mesh deformation is one of the most robust and accurate morphing method. Using a greedy algorithm, the computational cost of the method is reduced. To evaluate the morphing performances, a rib shape optimization is performed using the NSGA-II algorithm coupled to kriging metamodels based on CFD. The morphing method is then compared to a re-meshing strategy. Findings The authors propose a method, based on Schur complement, to speed-up the greedy process. By using the information of the previous iteration, smaller linear systems are solved and time is saved. The optimization results highlight the interest of using a morphing-based metamodel regarding the resolution time and the accuracy of the interpolated solutions. Originality/value A new method based on Schur complement is addressed to speed-up the greedy algorithm and successfully applied to a shape optimization.

International audience; This article presents the coupling between multi-fidelity kriging and a database generated on-the-fly by model reduction to accelerate the generation of a surrogate model. The two-level multi-fidelity kriging method Evofusion is used for data fusion. The remarkable point is the generation of low-fidelity and high-fidelity observations from the same solver using the Proper Generalized Decomposition, a model-order reduction method. A 17× speedup is obtained here on an elasto-viscoplastic test case.

In a context of reducing the impacts of agricultural practices on human health andecosystems, it is necessary to better account for ammonia (NH3) volatilization in the inventories of NH3 emissions, the understanding of the nitrogen behavior after fertilization and the modeling of air quality.Given the considerable weight of nitrogen fertilizer (55%) in the total national NH3 emissions, nitrogen fertilization is an important lever for reducing NH3 emissions. Current national inventories are based on the use of default emission factors (EF) and suffer from a lack of fine spatial and temporal NH3 emissions descriptions making it difficult to develop effective emission reduction policies. Moreover, even if there are currently models that globally simulate the fate of nitrogen on the crop cycle, their do not always take into account the volatilization of NH3, and if it is, the volatilization modules are often very frustrating and have not been validated. There are models dedicated exclusively to the volatilization of NH3 in the field, but their requirements for data and input parameters and their calculation time limit their large-scale use (e.g, at national scale) in many geographical locations for several years as well as their integration into airquality prediction models or decision support or environmental assessment tools in terms of nitrogen fertilization.This thesis proposes new tools. The first tool, CADASTRE_NH3 makes it possible to describe and analyze the spatio-temporal variability of NH3 emissions from nitrogen fertilization. It combines the Volt'Air process-based model with geo-referenced databases on agro-soil-meteorological factors at the national level. This approach has demonstrated its ability to capture the spatio-temporal variability ofnitrogen use and resulting NH3 emissions, and to take into account the effect of soil and climate factor interactions on emissions. The comparison of CADASTRE_NH3 results with the official French inventories shows strong convergences regarding the quantities of nitrogen used and NH3 emissions in France for the year 2005-06, but also divergences especially for the case of organic waste products. Thesecond type of tool corresponds to meta-models derived from Volt'Air for predicting NH3 emission rates after nitrogen fertilizer applications. These meta-models have many practical advantages because of their simplicity and operability. They have promising potential uses to support decision-making in terms of fertilizer use conditions and also to support emission reduction policies through, for example, scenario testing.However, it would be interesting to compare the tools developed in this thesis with experimental data to evaluate their respective performance and validate all our approaches. It would also be interesting to develop dynamic meta-models of Volt'Air that can describe the dynamics of NH3 fluxes related to nitrogen fertilizer applications and to be integrated as simple modules of NH3 volatilization in agronomic and atmospheric models.; Dans un contexte de réduction des impacts des pratiques agricoles sur la santé humaine et sur les écosystèmes, il est nécessaire de bien prendre en compte la volatilisation d’ammoniac (NH3) dans les inventaires d’émissions, la compréhension du devenir de l’azote après fertilisation et la modélisation de la qualité de l’air. Etant donné le poids de la fertilisation azotée (55%) dans le total des émissions nationales de NH3, cette dernière constitue un levier important pour réduire les émissions de NH3. Les inventaires nationaux actuels, basés sur l’utilisation de facteurs d’émission par défaut, souffrent d’un manque de description spatiale et temporelle, rendant difficile l’élaboration des politiques de réduction efficaces des émissions. Par ailleurs, même s’il existe à l’heure actuelle des modèles qui simulent de manière globale le devenir de l’azote sur le cycle de la culture, la volatilisation de NH3 n’est pas toujours prise en compte, et si elle l’est, les modules de volatilisation sont souvent relativement frustres et n’ont été que partiellement validés. Il existe pourtant des modèles dédiés exclusivement à la volatilisation de NH3 au champ, mais leurs exigences en données et paramètres d’entrée et leur temps de calcul limitent leur utilisation à grande échelle (exemple, échelle nationale…) sur de nombreux sites géographiques pendant plusieurs années, ainsi que leur intégration dans des modèles opérationnels de prédiction de la qualité de l’air, ou des outils d’aide à la décision ou d’évaluation environnementale en termes de fertilisation azotée.Cette thèse propose des nouveaux outils. Le premier outil, CADASTRE_NH3, permet de décrire et d’analyser la variabilité spatio-temporelle des émissions de NH3 liées à la fertilisation azotée. Il couple le modèle de processus Volt’Air avec des bases de données géo-référencées sur les facteurs agro-pédoclimatiques à l’échelle nationale. Cette approche d’inventaires des émissions a montré sa capacité à capturer les variabilités spatio-temporelles de l’utilisation d’azote et des émissions de NH3 qui en résultent, et à prendre en compte l’effet des interactions des facteurs pédologiques et/ou climatiques sur les émissions. La confrontation des résultats de l’outil CADASTRE_NH3 avec les inventaires officiels français montrent de fortes convergences en ce qui concerne les quantités d’azote utilisé et les émissions de NH3 en France pour l’année 2005-06, mais aussi des divergences notamment pour le cas des produits résiduaires organiques. Le deuxième type d’outils correspond aux méta-modèles dérivés de Volt'Air pour prédire les taux d’émissions de NH3 après application d’engrais azotés. Ces méta-modèles présentent de nombreux avantages pratiques du fait de leur simplicité et opérationnalité. Ils ont des potentiels d’utilisation prometteurs pour accompagner la prise de décision en terme de conditions d’utilisation des engrais et également pour appuyer les politiques de réduction des émissions à travers par exemple la réalisation des tests de scénarios.Il serait cependant intéressant de confronter les outils développés dans le cadre de cette thèse avec des données expérimentales pour évaluer leur performance respective et valider l’ensemble de nos approches. Il serait également intéressant de développer des méta-modèles dynamiques dérivés du modèle Volt’Air capables de décrire la dynamique des flux de NH3 liés à l’application des engrais azotés pour être intégrés comme modules simples de volatilisation de NH3 dans des modèles agronomiques et atmosphériques.

Accurate prediction of hypersonic high-enthalpy flows is of main relevance for atmospheric entry missions. However, uncertainties are inevitable on freestream conditions and other parameters of the physico-chemical models. For this reason, a rigorous quantification of the effect of uncertainties is mandatory to assess the robustness and predictivity of numerical simulations. Furthermore, a proper reconstruction of uncertain parameters from in-flight measurements can help reducing the level of uncertainties of the output. In this work, we will use a statistical framework for direct propagation of uncertainties and inverse freestream reconstruction applied to atmospheric entry flows. We propose an assessment of the possibility of exploiting forebody heat flux measurements for the reconstruction of freestream variables and uncertain parameters of the model for hypersonic entry flows. This reconstruction is performed in a Bayesian framework, allowing to account for sources of uncertainties and measurement errors. Different techniques are introduced to enhance the capabilities of the statistical framework for quantification of uncertainties. First, an improved surrogate modeling technique is proposed, based on Kriging and Sparse Polynomial Dimensional Decomposition. Then a method is proposed to adaptively add new training points to an existing experimental design to improve the accuracy of the trained surrogate model. A way to exploit active subspaces in Markov Chain Monte Carlo algorithms for Bayesian inverse problems is also proposed.; Une prédiction fidèle des écoulements hypersoniques à haute enthalpie est capitale pour les missions d'entrée atmosphérique. Cependant, la présence d'incertitudes est inévitable, sur les conditions de l'écoulement libre comme sur d'autres paramètres des modèles physico-chimiques. Pour cette raison, une quantification rigoureuse de l'effet de ces incertitudes est obligatoire pour évaluer la robustesse et la prédictivité des simulations numériques. De plus, une reconstruction correcte des paramètres incertains à partir des mesures en vol peut aider à réduire le niveau d'incertitude sur les sorties. Dans ce travail, nous utilisons un cadre statistique pour la propagation directe des incertitudes ainsi que pour la reconstruction inverse des conditions de l'écoulement libre dans le cas d'écoulements de rentrée atmosphérique. La possibilité d'exploiter les mesures de flux thermique au nez du véhicule pour la reconstruction des variables de l'écoulement libre et des paramètres incertains du modèle est évaluée pour les écoulements de rentrée hypersoniques. Cette reconstruction est réalisée dans un cadre bayésien, permettant la prise en compte des différentes sources d'incertitudes et des erreurs de mesure. Différentes techniques sont introduites pour améliorer les capacités de la stratégie statistique de quantification des incertitudes. Premièrement, une approche est proposée pour la génération d'un métamodèle amélioré, basée sur le couplage de Kriging et Sparse Polynomial Dimensional Decomposition. Ensuite, une méthode d'ajoute adaptatif de nouveaux points à un plan d'expériences existant est présentée dans le but d'améliorer la précision du métamodèle créé. Enfin, une manière d'exploiter les sous-espaces actifs dans les algorithmes de Markov Chain Monte Carlo pour les problèmes inverses bayésiens est également exposée.

International audience; Rice crops are important in the global food economy, and new techniques are being implemented for their effective management. These techniques rely mainly on the changes in the phenological cycle, which can be investigated by remote sensing systems. High frequency and high spatial resolution Synthetic Aperture Radar (SAR) sensors have great potential in all-weather conditions for detecting temporal phenological changes. This study focuses on a novel approach for growth stage determination of rice fields from SAR data using a parameter space search algorithm. The method employs an inversion scheme for a morphology-based electromagnetic backscattering model. Since such a morphology-based model is complicated and computationally expensive, a surrogate metamodel-based inversion algorithm is proposed for the growth stage estimation. The approach is designed to provide estimates of crop morphology and corresponding growth stage from a continuous growth scale. The accuracy of the proposed method is tested with ground measurements from Turkey and Spain using the images acquired by the TerraSAR-X (TSX) sensor during a full growth cycle of rice crops. The analysis shows good agreement for both datasets. The results of the proposed method emphasize the effectiveness of X-band PolSAR data for morphology-based growth stage determination of rice crops.

International audience; Modeling languages, just as all software artifacts, evolve. This poses the risk that legacy models of a company get lost, when they become incompatible with the new language version. To address this risk, a multitude of approaches for metamodel-model co-evolution were proposed in the last 10 years. However, the high number of solutions makes it difficult for practitioners to choose an appropriate approach. In this paper, we present a survey on 31 approaches to support metamodel-model co-evolution. We introduce a taxonomy of solution techniques and classify the existing approaches. To support researchers, we discuss the state of the art, in order to better identify open issues. Furthermore, we use the results to provide a decision support for practitioners, who aim to adopt solutions from research.

Product Comparison Matrices (PCMs) abound on the Web. They provide a simple representation of the characteristics of a set of products. However, the lack of formalization and the large diversity of PCMs challenges the development of software for processing these matrices. In this thesis, we develop two complementary approaches for the formalisation of PCMs. The first one consists in a precise description of the structure and semantics of PCMs in the form of a metamodel. We also propose an automated transformation from PCMs to PCM models conformant to the metamodel. The second one consists in synthesizing attributed feature models from a class of PCMs. With our contributions, we propose a generic and extensible approach for the formalization and exploitation of PCMs.; Les Matrices de Comparaison de Produits (MCP) sont largement répandues sur le web. Elles fournissent une représentation simple des caractéristiques d'un ensemble de produits. Cependant, le manque de formalisation et la grande diversité des MCP rendent difficile le développement de logiciels pour traiter ces matrices. Dans cette thèse, nous développons deux approches complémentaires pour la formalisation de MCP. La première consiste en une description précise de la structure et la sémantique d'une MCP sous la forme d'un meta-modèle. Nous proposons aussi une transformation automatique d'une MCP vers un modèle de MCP conforme au meta-modèle. La seconde approche consiste à synthétiser des modèles de caractéristiques attribués à partir d'une classe de MCP. Grâce nos contributions, nous proposons une approche générique et extensible pour la formalisation et l'exploitation de MCP.

Product Comparison Matrices (PCMs) abound on the Web. They provide a simple representation of the characteristics of a set of products. However, the lack of formalization and the large diversity of PCMs challenges the development of software for processing these matrices. In this thesis, we develop two complementary approaches for the formalisation of PCMs. The first one consists in a precise description of the structure and semantics of PCMs in the form of a metamodel. We also propose an automated transformation from PCMs to PCM models conformant to the metamodel. The second one consists in synthesizing attributed feature models from a class of PCMs. With our contributions, we propose a generic and extensible approach for the formalization and exploitation of PCMs.; Les Matrices de Comparaison de Produits (MCP) sont largement répandues sur le web. Elles fournissent une représentation simple des caractéristiques d'un ensemble de produits. Cependant, le manque de formalisation et la grande diversité des MCP rendent difficile le développement de logiciels pour traiter ces matrices. Dans cette thèse, nous développons deux approches complémentaires pour la formalisation de MCP. La première consiste en une description précise de la structure et la sémantique d'une MCP sous la forme d'un meta-modèle. Nous proposons aussi une transformation automatique d'une MCP vers un modèle de MCP conforme au meta-modèle. La seconde approche consiste à synthétiser des modèles de caractéristiques attribués à partir d'une classe de MCP. Grâce nos contributions, nous proposons une approche générique et extensible pour la formalisation et l'exploitation de MCP.

International audience; This paper introduces a coupled approach between stochastic finite element methods and an adaptive condensation technique for the analysis of nonlinear mechanical problems under uncertainties. This coupling reduces the size of each individual nonlinear problem solved in SFE by the use of an adaptive condensation method. The reduced stiffnesses and other quantities necessary for the condensation technique are approximated using a second, low-order, polynomial expansion, thus taking advantage of the coupling with SFE. This approach also features a semi-analytical technique to compute accurately distributions of structural quantities of interest. This method is applied on an elasto-plastic steel bar with a small defect, and on a damaged beam under 4-point bending. In both cases it predicts the random behavior of the structure quite accurately, and is able to provide higher-order models than a state-of-the-art stochastic collocation method, for a reduced computation time.

Industrial innovation aims towards more complex Mecatronics products which combine multidisciplinary domains. The design process of these products leans on several multi-business. The creation of components' facets requires the use of specialized tools. However there is no real global integration within the information system allowing an integrated management of various know-how and fields of expertise, in spite of capabilities certain systems as PLM. This work presents a generic resolution method. The object of this paper is to present a global approach for the integration of Mecatronics systems into a PLM system using a specific modeling. The first implementation tests within Windchill PLM system shows that it was possible to integrate with a semantic structure, links between multidisciplinary business objects., L’innovation industrielle tend vers des produits de plus en plus complexes de type mécatronique qui combine des domaines pluridisciplinaires. Les processus de conception de ces produits fait appel aux compétences d’acteurs issus des différents métiers et la création des différentes facettes des constituants nécessite l’utilisation d’outils spécialisés; pour autant il n’existe pas de véritable intégration globale au sein du système d'information permettant une gestion intégrée des différents savoir-faire et domaines de compétence malgré la capacité de certains systèmes comme le PLM. Ce travail présente une méthode de résolution générique. L'objet du présent document est de définir une approche globale pour l'intégration des données des systèmes mécatroniques dans un système PLM en utilisant une modélisation spécifique basé sur la caractérisation du cycle de vie et l'utilisation de SysML. Les premiers essais d’implémentation au sein du PLM Windchill, nous ont permis de valider qu’il était possible d’intégrer, avec une structure sémantique, des liens entre des objets métiers pluridisciplinaires.

There is an increasing trend to consider the processes of an organization as one of its highly valuable assets. Processes are the reusable assets of an organization which define the procedures of routine working for accomplishing its goals. The software industry has the potential to become one of the most internationally dispersed high-tech industry. With growing importance of software and services sector, standardization of processes is also becoming crucial to maintain credibility in the market. Software development processes follow a lifecycle that is very similar to the software development lifecycle. Similarly, multiple phases of a process development lifecycle follow an iterative/incremental approach that leads to continuous process improvement. This incremental approach calls for a refinement based strategy to develop, execute and maintain software development processes. This thesis develops a conceptual foundation for refinement based development of software processes keeping in view the precise requirements for each individual phase of process development lifecycle. It exploits model driven engineering to present a multi-metamodel framework for the development of software processes, where each metamodel corresponds to a different phase of a process. A process undergoes a series of refinements till it is enriched with execution capabilities. Keeping in view the need to comply with the adopted standards, the architecture of process modeling approach exploits the concept of abstraction. This mechanism also caters for special circumstances where a software enterprise needs to follow multiple process standards for the same project. On the basis of the insights gained from the examination of contemporary offerings in this domain, the proposed process modeling framework tends to foster an architecture that is developed around the concepts of ''design by contract" and ''design for reuse". This allows to develop a process model that is modular in structure and guarantees the correctness of interactions between the constituent activities. Separation of concerns being the motivation, data-flow within a process is handled at a different abstraction level than the control-flow. Conformance between these levels allows to offer a bi-layered architecture that handles the flow of data through an underlying event management system. An assessment of the capabilities of the proposed approach is provided through a comprehensive patterns-based analysis, which allows a direct comparison of its functionality with other process modeling approaches., Il y a une tendance croissante à considérer les processus d'une organisation comme l'une de ses grandes forces. Les processus sont des ressources réutilisables d'une organisation qui définissent les procédures de travail pour la réalisation de ses objectifs. Avec l'importance croissante du secteur des logiciels et des services, la standardisation des processus devient indispensable pour maintenir sa crédibilité. Le développement de processus suit un cycle de vie très similaire à celui du développement logiciel. Par exemple, il se compose de plusieurs phases et suit une approche incrémentale qui mène à son amélioration continue. Cette approche incrémentale peut être complétée par une stratégie basée sur le raffinement pour développer, exécuter et maintenir les processus de développement de logiciels.Cette thèse propose une base conceptuelle pour le développement de processus logiciels par raffinement, sans perdre de vue les exigences spécifiques de chaque phase du cycle de vie d'un tel processus. Elle utilise l'ingénierie dirigée par les modèles pour présenter un ensemble de méta-modèles pour le développement de processus logiciels où chaque méta-modèle correspond à une phase différente d'un processus (spécification, implémentation et instanciation). Le modèle d'un processus traverse une série de raffinement jusqu'à ce qu'elle soit enrichie par des capacités d'exécution. Le développement d'un interpréteur permet d'exécuter ce modèle. Il donne la possibilité de relier les modèles des differentes phases par des liens de traçabilité. Les intervenants peuvent interagir avec le processus en exécution à l'aide d'une interface de supervision. Un niveau de variabilité incluse dans les modèles de processus permet leur adaptation pendant l'exécution. Tout en prenant en compte la nécessité de se conformer aux standards adoptés par l'organisation, l'architecture de l'approche de modélisation proposée exploite le concept d'abstraction en s'inspirant de la notion de composant logiciel pour aider à la réutilisation de modèles de processus. Notre méthode est également prévue pour les entreprises qui veulent suivre plusieurs standards pour le même projet.Sur la base des connaissances acquises grâce à l'étude des langages de modélisation actuels du domaine, le cadre proposé pour la modélisation de processus présente une architecture qui se développe autour des concepts de "conception par contrat" et "conception pour et par la réutilisation". Ceci permet de construire un modèle de processus qui a une structure modulaire et garantit la correction des interactions entre des activités constituantes. Afin de favoriser la séparation des préoccupations, les flux de données au sein d'un processus sont gérés à un niveau d'abstraction différent de celui des flux de contrôle. La conformité entre ces deux niveaux permet d'offrir une architecture bicouche. Le flux de données lors de l'exécution est assuré par un système de gestion d'événements. Une évaluation des capacités de l'approche proposée est fournie par une analyse basée sur l'ensemble des "workflow patterns". Cela permet une comparaison directe de ses capacités avec d'autres approches de modélisation de processus.

Optimisation strategies on assembly design are often relatively time expensive because of the large number of non-linear calculations (due to contact or friction problems) required to localize the optimum of an objective function. In order to achieve this kind of optimization problems with an acceptable computational time, this work propose to use a two-levels model optimization strategy based on two main tools: (1) the multiparametric strategy based on the LaTIn method that enables to reduce significantly the computational time for solving many similar mechanical assembly problems and (2) a cokriging metamodel built using responses and gradients computed by the mechanical solver on few sets of design parameters. The metamodel provides very inexpensive approximate responses of the objective function and it enables to achieve a global optimisation and to obtain the global optimum. The cokriging metamodel was reviewed in detail using analytical test functions and some mechanical benchmarks. The quality of the approximation and the building cost were compared with classical kriging approach. Moreover, a complete study of the multiparametric strategy was proposed using many mechanical benchmarks included many kinds and numbers of design parameters. The performance in term of computational time of the whole optimisation process was illustrated.; Bien que de plus en plus employée au sein des bureaux d'études dans le cadre de la conception mécanique, l'optimisation reste à l'heure actuelle encore relativement peu utilisée dans le cadre des assemblages de structures. La résolution mécanique de ce type de problèmes nécessite la mise en oeuvre de méthodes numériques de résolution capables de prendre en compte des non-linéarités de type frottement et contact. Ces méthodes sont, en raison du temps de calcul, généralement incompatibles avec la recherche d'un optimum global nécessitant un nombre important de résolutions. C'est pour pallier à ce problème que ce travail propose l'emploi d'une approche d'optimisation bi-niveaux de modèles faisant intervenir deux outils: (1) la stratégie multiparamétrique, basée sur la méthode LaTIn, assure d'importantes réductions des temps de calcul associés aux multiples résolutions du problème mécanique et (2) un métamodèle de type cokrigeage construit à partir d'un nombre limité de réponses et gradients calculés par le solveur mécanique. Ce métamodèle est alors capable de fournir à coût extrêmement faible des réponses approchées de la fonction objectif. Une optimisation globale est ensuite réalisée sur ce dernier, assurant l'obtention d'un optimum global. Le métamodèle de cokrigeage est étudié en détail sur des exemples analytiques et mécaniques comportant divers nombres de paramètres. Par ailleurs, une étude complète de l'emploi de la stratégie multiparamétrique est proposée et de nombreux exemples d'assemblages sont considérés, permettant ainsi d'illustrer les performances significatives de la procédure d'optimisation proposée.

Optimisation strategies on assembly design are often relatively time expensive because of the large number of non-linear calculations (due to contact or friction problems) required to localize the optimum of an objective function. In order to achieve this kind of optimization problems with an acceptable computational time, this work propose to use a two-levels model optimization strategy based on two main tools: (1) the multiparametric strategy based on the LaTIn method that enables to reduce significantly the computational time for solving many similar mechanical assembly problems and (2) a cokriging metamodel built using responses and gradients computed by the mechanical solver on few sets of design parameters. The metamodel provides very inexpensive approximate responses of the objective function and it enables to achieve a global optimisation and to obtain the global optimum. The cokriging metamodel was reviewed in detail using analytical test functions and some mechanical benchmarks. The quality of the approximation and the building cost were compared with classical kriging approach. Moreover, a complete study of the multiparametric strategy was proposed using many mechanical benchmarks included many kinds and numbers of design parameters. The performance in term of computational time of the whole optimisation process was illustrated.; Bien que de plus en plus employée au sein des bureaux d'études dans le cadre de la conception mécanique, l'optimisation reste à l'heure actuelle encore relativement peu utilisée dans le cadre des assemblages de structures. La résolution mécanique de ce type de problèmes nécessite la mise en oeuvre de méthodes numériques de résolution capables de prendre en compte des non-linéarités de type frottement et contact. Ces méthodes sont, en raison du temps de calcul, généralement incompatibles avec la recherche d'un optimum global nécessitant un nombre important de résolutions. C'est pour pallier à ce problème que ce travail propose l'emploi d'une approche d'optimisation bi-niveaux de modèles faisant intervenir deux outils: (1) la stratégie multiparamétrique, basée sur la méthode LaTIn, assure d'importantes réductions des temps de calcul associés aux multiples résolutions du problème mécanique et (2) un métamodèle de type cokrigeage construit à partir d'un nombre limité de réponses et gradients calculés par le solveur mécanique. Ce métamodèle est alors capable de fournir à coût extrêmement faible des réponses approchées de la fonction objectif. Une optimisation globale est ensuite réalisée sur ce dernier, assurant l'obtention d'un optimum global. Le métamodèle de cokrigeage est étudié en détail sur des exemples analytiques et mécaniques comportant divers nombres de paramètres. Par ailleurs, une étude complète de l'emploi de la stratégie multiparamétrique est proposée et de nombreux exemples d'assemblages sont considérés, permettant ainsi d'illustrer les performances significatives de la procédure d'optimisation proposée.

Embedded systems such as mobile phones, tablets and GPS incorporate an increasing number of electronic functions that generate a decrease in battery life. The aim of this work is to propose new solutions for audio amplifiers for the headphone application because this application has a large impact on battery autonomy. To improve the efficiency of actual amplifiers, a behavioral model of this kind of amplifier has been developed and validated by practical measures. This model, fast, accurate and reconfigurable allows in few seconds to evaluate the efficiency, consumption and quality of sound reproduction in real conditions of operation. Through the use of this model coupled with an optimizing method based on two algorithms, several architectures of level detector were studied and compared allowing to define the best compromise. A new architecture is then proposed, simulated and optimized in a 0.25μm technology from ST Microelectronics to demonstrate the feasibility of the solution., Les systèmes embarqués tels que les téléphones portables ou les lecteurs multimédia intègrent de plus en plus de fonctions consommatrices d'énergie ce qui a pour conséquence directe une diminution de leurs autonomies. Les applications audio dans les téléphones cellulaires et en particulier l'application casque font partie des fonctions les plus consommatrices d'énergie. Après un état de l'art des solutions permettant l'amplification de signaux audio, l'amplificateur de classe G à été identifié comme étant le meilleur candidat pour obtenir une amélioration du rendement tout en fournissant une bonne qualité de reproduction sonore. Nos travaux se sont plus particulièrement focalisés sur la détection d'enveloppe de ces architectures qui est un facteur clé dans la maximisation du rendement. Une étude des propriétés temporelles, fréquentielles et statistiques des signaux présents en entrée de l'amplificateur a ainsi été menée pour mettre en évidence les différences entre les signaux classiquement utilisés (signal sinusoïdal) et les signaux réellement écoutés par les utilisateurs (musique). Après avoir effectué une sélection de signaux pour la suite de notre étude, nous avons également caractérisé la puissance correspondant à des conditions normales d'écoute afin d'obtenir par la suite un environnement de test proche des conditions réelles de fonctionnement. Un modèle simplifié et rapide d'amplificateur hybride permettant d'obtenir en quelques dizaines de secondes, l'évaluation du rendement, de la consommation et de la qualité sonore dans des conditions réelles de fonctionnement a été développé. Notre modèle, entièrement configurable et réadaptable à d'autres types de circuits a été validé par mesures pratiques des performances d'un amplificateur existant. Les paramètres de la détection d'enveloppe de ce modèle ont fait l'objet d'une optimisation basée sur le couplage séquentiel de deux algorithmes d'optimisation, permettant ainsi dans un temps limité d'obtenir une solution optimale sans solution de départ sous des conditions réelles d'utilisation. La suite de notre étude nous a conduit à étudier, modéliser, optimiser et comparer des amplificateurs de classe G possédant un nombre de tensions d'alimentation supérieur (3, 4) ainsi que des amplificateurs de classe H (alimentations continues) afin d'améliorer encore le rendement. Enfin, nous avons proposé une nouvelle détection d'enveloppe permettant d'améliorer le rendement à faible puissance. Cette nouvelle détection d'enveloppe permet à l'amplificateur de classe G un fonctionnement en « multi niveau » et d'être auto adaptatif au signal audio présent en entrée de l'amplificateur. Après avoir développé des méta-modèles pour optimiser les paramètres de la détection d'enveloppe, cette détection d'enveloppe a été implémentée au niveau transistor en technologie 0.25μm de ST Microelectronics.

National audience; We propose a flexible and adaptable framework to assist the quick design of models dealing with the durability of the extensive livestock systems at the territorial scale. This metamodel results from the collaborative design starting from MAS developed on 7 sites in Latin America, France and Senegal. It is composed of four packages: Agent, Community, Space and Vegetation-Herd. We illustrate these packages with examples extracted from the various models. The role of this tool is discussed in order to show its advantages and its limits

This dissertation addresses the issue of dealing with uncertainties when surrogate models are used to approximate costly numerical simulators. First, we propose alternatives to compensate for the surrogate model errors in order to obtain safe predictions with minimal impact on the accuracy (conservative strategies). The efficiency of the different methods are analyzed with the help of engineering problems, and are applied to the optimization of a laminate composite under reliability constraints. We also propose two contributions to the field of design of experiments (DoE) in order to minimize the uncertainty of surrogate models. Firstly, we developed a sequential method to build DoEs that minimize the error in a target region of the design space. Secondly, we proposed optimal sampling strategies when simulators with noisy responses are considered., Cette thèse est consacrée à la planification et l'exploitation d'expériences numériques à l'aide de modèles de remplacement (métamodèles), et plus particulièrement à la prise en compte des incertitudes induites par l'utilisation de ces métamodèles. Dans un premier temps, différentes méthodes sont proposées pour compenser ces incertitudes en biaisant les modèles afin de limiter le risque d'erreur 'défavorable' (méthodes conservatives). Cette étude s'appuie sur des applications en mécanique des structures, et en particulier, l'optimisation d'un système soumis a des contraintes de fiabilité. Cette thèse propose également deux contributions au domaine de la planification d'expériences numériques. D'une part, une méthode a été développée pour construire des plans permettant de minimiser l'erreur du modèle dans une région cible de l'espace de conception. Enfin, nous avons proposé des résultats pour la planification optimale des calculs dans le cas de simulateurs à réponse bruitées.

Aerodynamic shape optimization using CFD and global optimizers like PSO is a computationally expensive process. To make the method more efficient, metamodels must be incorporated into the optimization algorithm. Metamodels can be either local or global in their approximation ability. We use local models based on kriging in a pre-evaluation strategy to screen a small number of promising designs, which are then evaluated on the exact model. We also construct and use global metamodels as a complete replacement of the exact model, with various enrichment methods based on merit functions. The two methods are applied to inviscid, transonic drag reduction of a wing under lift and volume constraints, and their performance is compared. In all the tests, the use of metamodels reduces the computational expense. Global metamodels were found to give the maximum reduction in computational expense.

This papers aims at presenting a review of some metamodels used in optimization. We are interested in particular in the Radial Basis Functions and Kriging metamodels. The theory of these techniques is presented and their implementation is discussed. We present also the differentiation of these metamodels. Furthermore, a slight comparison between Radial Basis Functions and Kriging metamodels is given in ordrer to show their similarities and differences.

International audience; Modern optimization methods like Genetic Algorithms (GAs) and Particle Swarm Optimization (PSO) have been found to be very robust and general for solving engineering design problems. They require the use of large population size and may suffer from slow convergence. Both of these lead to large number of function evaluations which can significantly increase the computational cost. This is especially so in view of the increasing use of costly high fidelity analysis tools like Computational Fluid Dynamics (CFD). Metamodels also known as surrogate models, are a cheaper alternative to costly analysis tools. In this work we construct radial basis function approximations and use them in conjunction with particle swarm optimization in an inexact pre-evaluation procedure for aerodynamic design. We show that the use of mixed evaluations by metamodels/CFD can significantly reduce the computational cost of PSO while yielding optimal designs as good as those obtained with the costly evaluation tool.

This document describes a formalization, a solver-independant methodology and implementation alternatives for realizing constrained model search in a model-driven engineering framework. The proposed approach combines model-driven engineering tools ((meta)model transformations, models to text, text to models) and constraint programming techniques. Based on previous research, motivations to model search are first introduced together with objectives and background context. A theory of model search is then presented, and a methodology is proposed that details the different involved tasks. Concerning implementation, three constraint programming paradigms are envisionned and discussed. An open-source implementation based on the relationnal language Alloy is described and available for download.

This dissertation is driven by a question central to many industrial optimization problems : how to optimize a function when the budget for its evaluation is severely limited by either time or cost ? For example, when optimization relies on computer simulations, each taking several hours, the dimension and complexity of the optimization problem may seem irreconcilable with the evaluation budget (typically thirty parameters to be optimized with less than one hundred evaluations). This work is devoted to optimization algorithms dedicated to this context, which is out of range for most classical methods. The common principle of the methods discussed is to use Gaussian processes and Kriging to build a cheap proxy for the function to be optimized. This approximation is then used iteratively to choose the evaluation points. This choice is guided by a sampling criterion which combines local search, near promising evaluation results, and global search, in unexplored areas. Most of the criteria proposed over the years, such as the one underlying the classical EGO (for Efficient Global Optimization) algorithm, sample where the optimum is most likely to appear. By contrast, we propose an algorithm, named IAGO for Informational Approach to Global Optimization, which samples where the information gain on the optimizer location is deemed to be highest. The organisation of this dissertation is a direct consequence of the industrial concerns which drove this work. We hope it can be of use to the optimization community, but most of all to practitioners confronted with expensive-toevaluate functions. This is why we insist on the practical use of IAGO for the optimization of functions encountered in actual industrial problems. We also discuss how to handle constraints, noisy evaluation results, multi-objective problems, derivative evaluation results, or significant manufacturing uncertainties., Cette thèse traite d'une question centrale dans de nombreux problèmes d'optimisation, en particulieren ingénierie. Comment optimiser une fonction lorsque le nombre d'évaluations autorisé est très limité au regard de la dimension et de la complexité du problème ? Par exemple, lorsque le budget d'évaluations est limité par la durée des simulations numériques du système à optimiser, il n'est pas rare de devoir optimiser trente paramètres avec moinsde cent évaluations. Ce travail traite d'algorithmes d'optimisation spécifiques à ce contexte pour lequel la plupart des méthodes classiques sont inadaptées.Le principe commun aux méthodes proposées est d'exploiter les propriétés des processus gaussiens et du krigeage pour construire une approximation peu coûteuse de la fonction à optimiser. Cette approximation est ensuite utilisée pour choisir itérativement les évaluations à réaliser. Ce choix est dicté par un critère d'échantillonnage qui combine recherche locale, à proximité des résultats prometteurs, et recherche globale, dans les zones non explorées. La plupart des critères proposés dans la littérature, tel celui de l'algorithme EGO (pour Efficient Global Optimization), cherchent à échantillonner la fonction là où l'apparition d'un optimum est jugée la plus probable. En comparaison, l'algorithme IAGO (pour Informational Approach to Global Optimization), principale contribution de nos travaux, cherche à maximiser la quantité d'information apportée, sur la position de l'optimum, par l'évaluation réalisée. Des problématiques industrielles ont guidé l'organisation de ce mémoire, qui se destine à la communauté de l'optimisationtout comme aux praticiens confrontés à des fonctions à l'évaluation coûteuse. Aussi les applications industrielles y tiennent-elles une place importante tout comme la mise en place de l'algorithme IAGO. Nous détaillons non seulement le cas standard de l'optimisation d'une fonction réelle, mais aussi la prise en compte de contraintes, debruit sur les résultats des évaluations, de résultats d'évaluation du gradient, de problèmes multi-objectifs, ou encore d'incertitudes de fabrication significatives.

The aim of this work is to provide a multiobjective optimization based methodology to develop a fully automated tool that evaluates design of combustion chambers with simulation codes. First, the studies presented in this report deal with the automation of the simulation processes while insisting on the automatic mesh generation aspects. Then, to reduce the overall response time caused by the use of optimization technics with expensive simulation codes, a strategy based on metamodeling is proposed. The resulting tool is developed with a parallel code coupler offering performance and flexibility to the application. Finally, after some validations and evaluations on test cases, an application on an industrial combustor underlines the capacities of the mehod to identify promising designs., Les normes drastiques sur les émissions d'espèces polluantes et la volonté de réduire les délais de mise sur le marché incitent les motoristes à repenser les concepts de la nouvelle génération de chambres de combustion ainsi que leurs méthodes de conception. Les codes de simulation numérique des écoulements turbulents réactifs, basés sur une approche de moyenne de Reynolds (RANS), sont utilisés depuis quelques années par les ingénieurs dans les phases de conception des foyers aéronautiques. Leur emploi a permis de réduire les temps et les coûts de conception en diminuant notamment le nombre d'essais expérimentaux. La manière d'utiliser ces outils demeure un point clé pour élaborer des environnements performants d'aide à la décision.Le but de ces travaux de thèse est de fournir une méthodologie basée sur des considérations issues de l'optimisation multi-objectif pour développer un outil de conception automatisé qui intègre des codes de simulation numérique pour évaluer les configurations. En premier lieu, les études concernent l'automatisation des procédures de simulation en insistant sur les aspects de génération automatique de maillage. Ensuite, le problème des temps de restitution liés à l'utilisation conjointe de techniques d'optimisation et de codes de calcul coûteux en ressources informatiques est adressé en proposant un algorithme basé sur des méta-modèles. L'outil final est construit à partir d'un coupleur de codes parallèles, lui conférant ainsi des caractéristiques intéressantes de performance et de flexibilité. Finalement, après divers tests de validation et d'évaluation, une application sur une chambre de combustion industrielle montre les capacités de la méthode à identifier des configurations prometteuses.

The aim of this work is to provide a multiobjective optimization based methodology to develop a fully automated tool that evaluates design of combustion chambers with simulation codes. First, the studies presented in this report deal with the automation of the simulation processes while insisting on the automatic mesh generation aspects. Then, to reduce the overall response time caused by the use of optimization technics with expensive simulation codes, a strategy based on metamodeling is proposed. The resulting tool is developed with a parallel code coupler offering performance and flexibility to the application. Finally, after some validations and evaluations on test cases, an application on an industrial combustor underlines the capacities of the mehod to identify promising designs.; Les normes drastiques sur les émissions d'espèces polluantes et la volonté de réduire les délais de mise sur le marché incitent les motoristes à repenser les concepts de la nouvelle génération de chambres de combustion ainsi que leurs méthodes de conception. Les codes de simulation numérique des écoulements turbulents réactifs, basés sur une approche de moyenne de Reynolds (RANS), sont utilisés depuis quelques années par les ingénieurs dans les phases de conception des foyers aéronautiques. Leur emploi a permis de réduire les temps et les coûts de conception en diminuant notamment le nombre d'essais expérimentaux. La manière d'utiliser ces outils demeure un point clé pour élaborer des environnements performants d'aide à la décision.Le but de ces travaux de thèse est de fournir une méthodologie basée sur des considérations issues de l'optimisation multi-objectif pour développer un outil de conception automatisé qui intègre des codes de simulation numérique pour évaluer les configurations. En premier lieu, les études concernent l'automatisation des procédures de simulation en insistant sur les aspects de génération automatique de maillage. Ensuite, le problème des temps de restitution liés à l'utilisation conjointe de techniques d'optimisation et de codes de calcul coûteux en ressources informatiques est adressé en proposant un algorithme basé sur des méta-modèles. L'outil final est construit à partir d'un coupleur de codes parallèles, lui conférant ainsi des caractéristiques intéressantes de performance et de flexibilité. Finalement, après divers tests de validation et d'évaluation, une application sur une chambre de combustion industrielle montre les capacités de la méthode à identifier des configurations prometteuses.

Modern optimization methods like Genetic Algorithms (GAs) and Particle Swarm Optimization (PSO) have been found to be very robust and general for solving engineering design problems. They require the use of large population size and may suffer from slow convergence. Both of these lead to large number of function evaluations which can significantly increase the cost of the optimization. This is especially so in view of the increasing use of costly high fidelity analysis tools like CFD. Metamodels also known as surrogate models, are a cheaper alternative to costly analysis tools. In this work we construct radial basis function approximations and use them in conjunction with particle swarm optimization in an inexact pre-evaluation procedure for aerodynamic design. We show that the use of mixed evaluations by metamodels/CFD can significantly reduce the computational cost of PSO while yielding optimal designs as good as those obtained with the costly evaluation tool.

Population-based optimization methods like genetic algorithms and particle swarm optimization are very general and robust but can be costly since they require large number of function evaluations. The costly function evaluations can be replaced by cheaper models which are refered to as surrogate or meta models. Here we consider data-fitting models, particularly radial basis functions and kriging. We study the performance of these interpolation models on some analytical functions and aerodynamic data. Both the models have parameters which must be selected carefully to ensure good accuracy. For RBF, we implement a leave-one-out validation technique and for kriging, the parameters are determined by maximizing the probability density of the available data using a particle swarm optimization. The metamodels are then implemented in the shape optimization platform FAMOSA.

In this paper, we address aerodynamic shape optimization problems including uncertain operating conditions. After a review of the possible approaches to take into account uncertainty, we propose to use meta-modeling techniques in order to develop a two-level modeling procedure for statistics estimation. Radial basis functions are employed to approximate the aerodynamic coefficients as operating conditions vary. Then, a Monte-Carlo method is employed to estimate statistics using the approximate model. The proposed approach is applied to the robust optimization of the wing shape of a business aircraft, by minimizing the mean and the variance of the drag coefficient with uncertain free-stream Mach number.