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International audience; In the last two decades, electricity grids have faced many challenges that they were not designed to handle. These include integrating weather-dependent renewables, distributed generators, storage units and other advanced components, as well as taking into account active demand. These challenges, together with the ageing of infrastructures, make it more difficult to deliver cost-effective, reliable power. To overcome these issues requires creating new network architectures. The research project Fractal Grid proposes fractality as a core concept to model, analyze and design smart grids in their evolution up to 2030 and beyond. This paper presents the project, its methodological approach and the first results.

Approximating the solution of Helmholtz problems is a tricky task, especially at high frequency. Indeed, because of the numerical dispersion, it is mandatory to increase the number of discretization points per wavelength for higher frequencies. Using high degree polynomial shape functions on a coarse mesh is an interesting approach because it contributes to reduce such numerical dispersion as compared to linear functions set on a fine mesh. While this solution is very efficient for wave propagation in homogeneous media, it is not obvious how the variations of the medium inside a cell have to be taken into account. Recently the Multiscale Medium Approximation method (MMAm) has been proposed to overcome this difficulty. High-order shape functions are used with a coarse mesh to reduce dispersion and hence, the pollution effect. Then, the key idea is to introduce a multiscale approximation of the medium to take into account fine scale heterogeneities on the coarse mesh. This approach has proven to be efficient on academic test cases and a convergence theory has been developed. In this work, we further validate the MMAm by demonstrating its efficiency on geophysical benchmarks. Highly heterogeneous media, Seismic wave propagation, Time-harmonic modelling, High-order methods, Mulsticale methods, Finite element methods

International audience; In this paper, we study the problem of constructing flat inputs for two-output dynamical systems. The notion of flat inputs has been introduced by Waldherr and Zeitz [2008, 2010] and can be seen as dual to that of flat outputs. In the single-output case, a flat input can be constructed if and only if the original system together with its output is observable. In the multi-output case, the observability is not necessary for the existence of flat inputs. We start by discussing the case when the dynamical system together with the given output is observable and we present a generalization of the results of Waldherr and Zeitz [2010] by relating them with the notion of minimal differential weight. Then, we give our main theorems. We consider the unobservable case for which we study the local and global problems. We completely describe the local case, discuss the issue of the minimal modification of the original system, and propose a solution for the global problem. Finally, we explain how our results can be applied to secure communication.

International audience; Stochastic gradient algorithms are more and more studied since they can deal efficiently and online with large samples in high dimensional spaces. In this paper, we first establish a Central Limit Theorem for these estimates as well as for their averaged version in general Hilbert spaces. Moreover, since having the asymptotic normality of estimates is often unusable without an estimation of the asymptotic variance, we introduce a new recursive algorithm for estimating this last one, and we establish its almost sure rate of convergence as well as its rate of convergence in quadratic mean. Finally, two examples consisting in estimating the parameters of the logistic regression and estimating geometric quantiles are given.

International audience; The objective of this work is to propose a new algorithm to fit a sphere on a noisy 3D point cloud distributed around a complete or a truncated sphere. More precisely, we introduce a projected Robbins-Monro algorithm and its averaged version for estimating the center and the radius of the sphere. We give asymptotic results such as the almost sure convergence of these algorithms as well as the asymptotic normality of the averaged algorithm. Furthermore, some non-asymptotic results will be given, such as the rates of convergence in quadratic mean. Some numerical experiments show the efficiency of the proposed algorithm on simulated data for small to moderate sample sizes and for modeling an object in 3D.

We construct HDG methods based on the diffusive flux formulation of the convected acoustic wave equation.We mostly describe the HDG+ method which involves different polynomial degrees for approximating the unknowns, hence leading to a more efficient method with a super-convergencelike behaviour. A detailed analysis of the methods including local and global well-posedness, as well as convergence estimates is carried out. The HDG+ method is also compared with a more conventional HDG method to demonstrate its effectiveness.

The main objective of this work is the design of an efficient numerical strategy to solve the Helmholtz equation in highly heterogeneous media. We propose a methodology based on coarse meshes and high order polynomials together with a special quadrature scheme to take into account fine scale heterogeneities. The idea behind this choice is that high order polynomials are known to be robust with respect to the pollution effect and therefore, efficient to solve wave problems in homogeneous media. In this work, we are able to extend so-called "asymptotic error-estimate" derived for problems homogeneous media to the case of heterogeneous media. These results are of particular interest because they show that high order polynomials bring more robustness with respect to the pollution effect even if the solution is not regular, because of the fine scale heterogeneities. We propose special quadrature schemes to take int account fine scale heterogeneities. These schemes can also be seen as an approximation of the medium parameters. If we denote by h the finite-element mesh step and by e the approximation level of the medium parameters, we are able to show a convergence theorem which is explicit in terms of h, e and f, where f is the frequency. The main theoretical results are further validated through numerical experiments. 2D and 3D geophysica benchmarks have been considered. First, these experiments confirm that high-order finite-elements are more efficient to approximate the solution if they are coupled with our multiscale strategy. This is in agreement with our results about the pollution effect. Furthermore, we have carried out benchmarks in terms of computational time and memory requirements for 3D problems. We conclude that our multiscale methodology is able to greatly reduce the computational burden compared to the standard finite-element method; Dans cette thèse, on s'intéresse à la propagation d'ondes en milieu fortement hétérogène modélisée par l'équation d'Helmholtz. Les méthodes numériques permettant de résoudre ce problème souffrent de dispersion numérique, en particulier à haute fréquence. Ce phénomène, appelé "effet de pollution", est largement analysé dans la littérature quand le milieu de propagation est homogène et l'utilisation de "méthodes d'ordre élevé" est souvent proposée pour minimiser ce problème. Dans ce travail, on s'intéresse à un milieu de propagation hétérogène, cas pour lequel on dispose de moins de connaissances. On propose d'adapter des méthodes éléments finis d'ordre élevé pour résoudre l'équation d'Helmholtz en milieu hétérogène, afin de réduire l'effet de pollution. Les méthodes d'ordre élevé étant généralement basées sur des maillages "larges", une stratégie multi-échelle originale est développée afin de prendre en compte des hétérogénéités de petite échelle. La convergence de la méthode est démontrée. En particulier, on montre que la méthode est robuste vis-a-vis de l'effet de pollution. D'autre part, on applique la méthode a plusieurs cas-tests numériques. On s'intéresse d'abord à des problèmes académiques, qui permettent de valider la théorie de convergence développée. On considère ensuite des cas-tests "industriels" appliqués à la Géophysique. Ces derniers nous permettent de conclure que la méthode multi-échelle proposée est plus performante que les éléments finis "classiques" et que des problèmes 3D réalistes peuvent être considérés.

International audience

In this paper, we propose a novel reflection based method to estimate the local orientation of a specular surface. For a calibrated scene with a fixed light band, the band is reflected by the surface to the image plane of a camera. Then the local geometry between the surface and reflected band is estimated. Firstly, in order to find the relationship relying the object position, the object surface orientation and the band reflection, we study the fundamental theory of the geometry between a specular mirror surface and a band source. Then we extend our approach to the spherical surface with arbitrary curvature. Experiments are conducted with mirror surface and spherical surface. Results show that our method is able to obtain the local surface orientation merely by measuring the displacement and the form of the reflection.

In this paper, we propose a novel reflection based method to estimate the local orientation of a specular surface. For a calibrated scene with a fixed light band, the band is reflected by the surface to the image plane of a camera. Then the local geometry between the surface and reflected band is estimated. Firstly, in order to find the relationship relying the object position, the object surface orientation and the band reflection, we study the fundamental theory of the geometry between a specular mirror surface and a band source. Then we extend our approach to the spherical surface with arbitrary curvature. Experiments are conducted with mirror surface and spherical surface. Results show that our method is able to obtain the local surface orientation merely by measuring the displacement and the form of the reflection.

International audience; In computer vision, reflection is a long-standing problem, it covers image textures, makes original color difficult to recognize, complicates the understanding of the scene. Most of the time, it is considered as “noise”. Many methods are proposed in order to reduce or delete the reflection effects in the image, but generally, the performances are not quite satisfactory. While instead of working on “de-noising”, we propose a method to take advantage of moving reflections that can be used for different computer vision applications. For instance, the segmentation of reflective manufactured objects is presented in this paper. We focus on tracking reflection components and segmenting continuous surfaces of the object by taking motion information into account. In this paper, a comparison with several conventional segmentation methods is proposed to illustrate how our approach significantly improves the segmentation results.

This work focuses on the modelling of problems related to image registration. Image registration consists in finding an optimal deformation such that a deformed image is aligned with a reference image. It is an important task encountered in a large range of applications such as medical imaging, comparison of data or shape tracking. The first chapter concerns the problem of topology preservation. This condition of topology preservation is important when the sought deformation reflects physical properties of the objects to be distorted. The following chapters propose several methods of image registration based on the nonlinear elasticity theory. Indeed, the objects to be matched are modelled as hyperelastic materials. Different fidelity terms have been investigated as well as two joint segmentation/registration models., Ce travail porte sur la modélisation de problèmes liés au recalage d'images. Le recalage consiste à trouver une déformation optimale de sorte qu'une image déformée s'aligne sur une image de référence. Il s'agit d'une technique que l'on rencontre dans de nombreux domaines, comme l'imagerie médicale, la comparaison de données ou le suivi de formes. Le premier chapitre se concentre sur le problème de préservation de la topologie. Cette condition de préservation de la topologie est importante lorsque la déformation recherchée traduit des propriétés physiques des objets soumis à la déformation. Les chapitres suivants proposent la construction de différentes méthodes de recalage d'images fondées sur la théorie de l'élasticité non linéaire. En effet, les objets à apparier sont supposés être des matériaux hyper-élastiques. Différents termes d'attaches aux données ont été explorés ainsi que deux modèles conjoints de segmentation et recalage.

In this dissertation, we are interested in several issues related to 3D data processing. The first one concerns people detection and tracking in depth map sequences. We propose an improvement of an existing method based on a segmentation stage followed by a tracking module. The second issue is head detection and modelling in 3D point clouds. In order to do this, we adopt a probabilistic approach based on a new spherical mixture model. The last considered application deals with the restoration of deteriorated depth maps. To solve this problem, we propose to use a surface approximation method based on interpolation Dm-splines with scale transforms to approximate and restore the image. Presented results illustrate the efficiency of the developed algorithms.; Dans le cadre de cette thèse, nous nous intéressons à plusieurs problématiques liées au traitement de données 3D. La première concerne la détection et le suivi de personnes dans des séquences d'images de profondeur. Nous proposons une amélioration d'une méthode existante basée sur une étape de segmentation, puis de suivi des personnes. La deuxième problématique abordée est la détection et la modélisation de têtes dans un nuage de points 3D. Pour cela, nous adoptons une approche probabiliste basée sur un nouveau modèle de mélange sphérique. La dernière application traitée est liée à la restauration d'images de profondeur présentant des données manquantes. Nous proposons pour cela d'utiliser une méthode d'approximation de surface par Dm-splines d'interpolation avec changements d'échelle pour approximer et restaurer les données. Les résultats présentés illustrent l'efficacité des algorithmes développés.

Firstly, we study flatness of multi-input control-affine systems. We give a complete geometric characterization of systems that become static feedback linearizable after a one-fold prolongation of a suitably chosen control. They form a particular class of flat systems, that is of differential weight equal to n+m+l, where n is the dimension of the state-space and m is the number of controls. We illustrate our results by several examples. Secondly, we give a complete geometric characterization of systems locally static feedback equivalent to a triangular form compatible with the m-chained form. We analyze and solve their flatness. We discuss singularities and provide a system of first order PDE's to be solved in order to find all x-flat outputs. We illustrate our results by an application to a mechanical system: the coin rolling without slipping on a moving table., Premièrement, nous avons caractérisé les systèmes multi-entrées, affines par rapport aux contrôles, linéarisables dynamiquement via une pré-intégration d'un contrôle bien choisi. Ils forment une classe particulière de systèmes plats : ils ont un poids différentiel de n+m+1, où m est le nombre de contrôles et n est la dimension de l'état. Nous avons présenté des formes normales compatibles avec les sorties plates minimales et décrit toutes les sorties plates minimales. Nous avons appliqué nos résultats à plusieurs exemples. Deuxièmement, nous avons décrit les systèmes multi-entrées statiquement équivalents à une forme triangulaire compatible avec la forme multi-chaînée. Ensuite, la platitude de ces systèmes a été analysée et résolue. Nous avons discuté les singularités dans l'espace de contrôle et déterminé toutes les sorties plates. Nous avons appliqué ces résultats au système mécanique d'une pièce roulant sans glissement sur une table en mouvement.

The purpose of this paper is to explore the concept of trivial control systems, namely systems whose dynamics depends on the controls only. Trivial systems have been introduced and studied by Serres in the the context of control-nonlinear systems on the plane with a scalar control. In our work, we begin by proposing an extension of the notion of triviality to control-ane systems with arbitrary number of states and controls. Next, our rst result concerns two novel characterisations of trivial control-ane systems, one of them is based on the study of innitesimal symmetries and is thus geometric. Second, we derive a normal form of trivial control-ane systems whose Lie algebra of innitesimal symmetries possesses a transitive almost abelian Lie subalgebra. Third, we study and propose a characterisation of trivial control-ane systems on 3-dimensional manifolds with scalar control. In particular, we give a novel proof of the previous characterisation obtained by Serres. Our characterisation is based on the properties of two functional feedback invariants: the curvature (introduced by Agrachev) and the centro-ane curvature (used by Wilkens). Finally, we give several normal forms of control-ane systems, for which the curvature and the centro-ane curvature have special properties.; L'objectif de cet article est d'explorer le concept de système de contrôles trivial,c'est-à-dire un système dont la dynamique dépend uniquement des commandes. Les systèmes triviaux ont été introduits et étudiés par Serres dans le contexte des systèmes bidimensionnels et non-linéaires par rapport à un contrôle scalaire. Dans notre travail, nous commençons par proposer une extension de la notion de trivialité aux systèmes affines par rapport aux contrôles et avec un nombre arbitraire d'états et de contrôles. Ensuite, notre premier résultat concerne deux nouvelles caractérisations des systèmes affines triviaux, l'une d'entre elles est basée sur l'étude des symétries infinitésimales et est donc géométrique. Deuxièmement, nous donnons une forme normale pour les systèmes affines triviaux dont l'algèbre de Lie des symétries infinitésimales possède une sous-algèbre de Lie presque abélienne. Troisièmement, nous étudions et proposons une caractérisation des systèmes affines triviaux sur des variétés à $3$ dimensions et avec un contrôle scalaire. En particulier, nous donnons une nouvelle preuve de la caractérisation précédemment obtenue par Serres. Notre caractérisation est basée sur les propriétés de deux invariants fonctionnels du bouclage : la courbure (introduite par Agrachev) et la courbure centro-affine (utilisée par Wilkens). Enfin, nous donnons plusieurs formes normales de systèmes affine, pour lesquelles la courbure et la courbure centro-affine ont des propriétés particulières.

This article is a report of the CEMRACS 2022 project, called HIVLASHEA, standing for "High order methods for Vlasov-Poisson models for sheaths". A two-species Vlasov-Poisson model is described together with some numerical simulations, permitting to exhibit the formation of a plasma sheath. The numerical simulations are performed with two different methods: a first order classical finite difference (FD) scheme and a high order semi-Lagrangian (SL) scheme with Strang splitting; for the latter one, the implementation of (non-periodic) boundary conditions is discussed. The codes are first evaluated on a one-species case, where an analytical solution is known. For the two-species case, cross comparisons and the influence of the numerical parameters for the SL method are performed in order to have an idea of a reference numerical simulation. Aknowledgements Centre de Calcul Intensif d'Aix-Marseille is acknowledged for granting access to its high performance computing resources.

International audience; We survey the main numerical techniques for finite-dimensional nonlinear optimal control. The chapter is written as a guide to practitioners who wish to get rapidly acquainted with the main numerical methods used to efficiently solve an optimal control problem. We consider two classical examples, simple but significant enough to be enriched and generalized to other settings: Zermelo and Goddard problems. We provide sample of the codes used to solve them and make these codes available online. We discuss direct and indirect methods, Hamilton-Jacobi approach, ending with optimistic planning. The examples illustrate the pros and cons of each method, and we show how these approaches can be combined into powerful tools for the numerical solution of optimal control problems for ordinary differential equations.

International audience; This paper is concerned with the relationship between the maximum principle and dynamic programming for a large class of optimal control problems with maximum running cost. Inspired by a technique introduced by Vinter in the 1980s, we are able to obtain jointly a global and a partial sensitivity relation that link the coextremal with the value function of the problem at hand. One of the main contributions of this work is that these relations are derived by using a single perturbed problem, and therefore, both sensitivity relations hold, at the same time, for the same coextremal. As a by-product, and thanks to the level-set approach, we obtain a new set of sensitivity relations for Mayer problems with state constraints. One important feature of this last result is that it holds under mild assumptions, without the need of imposing strong compatibility assumptions between the dynamics and the state constraints set. Minimax optimal control problems and Maximum principle and Dynamic programming and Sensitivity analysis and State constraints

We introduce a hybridizable discontinuous Galerkin (HDG) method for the convected Helmholtz equation based on the total flux formulation, in which the vector unknown represents both diffusive and convective phenomena. This HDG method is constricted with the same interpolation degree for all the unknowns and a physically informed value for the penalization parameter is computed. A detailed analysis including local and global well-posedness as well as a super-convergence result is carried out. We then provide numerical experiments to illustrate the theoretical results.

In this article, we develop a novel notion of viscosity solutions for first order Hamilton-Jacobi equations in proper CAT(0) spaces. The notion of viscosity is defined by taking test functions that are directionally differentiable and can be represented as a difference of two semiconvex functions. Under mild assumptions on the Hamiltonian, we recover the main features of viscosity theory for both the stationary and the time-dependent cases in this setting: the comparison principle and Perron's method. Finally, we show that this notion of viscosity coincides with classical one in R N and we give several examples of Hamilton-Jacobi equations in more general CAT(0) spaces covered by this setting.

In the context of dialogue analysis, a corpus of dialogues can be represented as a set of arrays of annotations encoding the dialogue utterances. In order to identify the frequently used dialogue schemes, we design a two-step methodology in which recurrent patterns are first extracted and then partitioned into homogenous classes constituting the regularities. Two methods are developed to extract recurrent patterns: LPCA-DC and SABRE. The former is an adaptation of a dynamic programming algorithm whereas the latter is obtained from a formal modeling of the extraction of local alignment problem in annotations arrays.The partitioning of recurrent patterns is realised using various heuristics from the literature as well as two original formulations of the K-partitioning problem in the form of mixed integer linear programs. Throughout a polyhedral study of a polyhedron associated to these formulations, facets are characterized (in particular: 2-chorded cycle inequalities, 2-partition inequalities and general clique inequalities). These theoretical results allow the establishment of an efficient cutting plane algorithm.We developed a decision support software called VIESA which implements these different methods and allows their evaluation during two experiments realised by a psychologist. Thus, regularities corresponding to dialogical strategies that previous manual extractions failed to identify are obtained., Dans le cadre de l’aide à l’analyse de dialogues, un corpus de dialogues peut être représenté par un ensemble de tableaux d’annotations encodant les différents énoncés des dialogues. Afin d’identifier des schémas dialogiques mis en oeuvre fréquemment, nous définissons une méthodologie en deux étapes : extraction de motifs récurrents, puis partitionnement de ces motifs en classes homogènes constituant ces régularités. Deux méthodes sont développées afin de réaliser l’extraction de motifs récurrents : LPCADC et SABRE. La première est une adaptation d’un algorithme de programmation dynamique tandis que la seconde est issue d’une modélisation formelle du problème d’extraction d’alignements locaux dans un couple de tableaux d’annotations.Le partitionnement de motifs récurrents est réalisé par diverses heuristiques de la littérature ainsi que deux formulations originales du problème de K-partitionnement sous la forme de programmes linéaires en nombres entiers. Lors d’une étude polyèdrale, nous caractérisons des facettes d’un polyèdre associé à ces formulations (notamment les inégalités de 2-partitions, les inégalités 2-chorded cycles et les inégalités de clique généralisées). Ces résultats théoriques permettent la mise en place d’un algorithme de plans coupants résolvant efficacement le problème.Nous développons le logiciel d’aide à la décision VIESA, mettant en oeuvre ces différentes méthodes et permettant leur évaluation au cours de deux expérimentations réalisées par un expert psychologue. Des régularités correspondant à des stratégies dialogiques que des extractions manuelles n’avaient pas permis d’obtenir sont ainsi identifiées.

International audience; Dans les grands ports maritimes, les modes d'organisation du passage portuaire et d'évacuation des conteneurs vers l'hinterland sont en cours d'évolution pour faire face à l'augmentation des flux. En particulier, il est nécessaire de réorganiser les modes de post-acheminement afin d'encourager et de développer les modes alternatifs à la route (mode ferroviaire et fluvial). La façon dont l'ensemble de ces modes doit être géré pour un transport aussi rapide que fiable pose la question de la conception et du dimensionnement d'un réseau de transport multimodal. Pour permettre l'utilisation des différents modes de transport, il est également nécessaire de décider des emplacements des nœuds de transbordement ainsi que du dimensionnement de ces nœuds et des modes de transport à prévoir entre eux. Cela constitue un problème srtatégique de premier ordre quant à la circulation des conteneurs. Afin de modéliser ce problème stratégique, une transformation du réseau multi-couche en un graphe orienté simple est effectué. A partir de ce nouveau graphe, un modèle mathématique est mis en œuvre prenant en compte les différents aspects de la problématique. Des résultats préliminaires seront proposés.

In this paper, we prove the existence and uniqueness of a "steady" spiral moving with forced mean curvature motion. This spiral has a stationary shape and rotates with constant angular velocity. Under appropriate conditions on the initial data, we also show the long time convergence (up to some subsequence in time) of the solution of the Cauchy problem to the steady state. This result is based on a new Liouville result which is of independent interest., Comment: 46 pages

International audience; Dans l'optique de concevoir un agent conversationnel animé narratif et affectif, cet article montre l'importance de l'interaction dans le processus de narration à des enfants. Deux méthodes d'extraction de régularités ont été appliquées à des dialogues de narration parent-enfant afin de les modéliser. Les modèles extraits ont été évalués au cours d'une session de narration interactive de type Magicien d'Oz durant laquelle les enfants ont communiqué avec un personnage virtuel et un adulte en visio-conférence. L'expérience montre que les enfants s'engagent bien dans l'interaction avec le personnage virtuel mais que les modalités pour interagir diffèrent légèrement de celles utilisés avec l'adulte. ------------ To develop a narrative affective virtual agent, this article shows the importance of interaction modalities in storytelling environments. Building a narrative dialogue model requires a state transition that is computed automatically using various pattern extraction methods. These models are tested in a "Wizard-of-Oz" context, in a storytelling environment where the children are challenged to interact with a virtual character, by modelling several key points of interaction. We compare the level of engagement in two different narration contexts: virtual character or adult in video conference mode. Our experiments showed that the engagement exists, but the modality of the interaction feedback varies in the two contexts.

The thesis deals with the two main issues identifiability and identification related to a nonlinear inverse source problem. This problem consists in the identification of a time-dependent point source occurring in the right hand-side of an advection-dispersion-reaction equation with spatially varying coefficients. Starting from the stationnary case in the one-dimensional model, we derived theoritical results defining the necessary number of sensors and their positions that enable to uniquely determine the sought source. Those results gave us a good visibility on how to proceed in order to obtain similar results for the time-dependent (evolution) case. As far as the two-dimensional evolution model is concerned, using some boundary null controllability results and the records of the generated state on the inflow boundary and its flux on the outflow boundary of the monitored domain, we established a constructive identifiability theorem as well as an identification method that localizes the two coordinates of the sought source position as the unique solution of a nonlinear system of two equations and transforms the identification of its time-dependent intensity function into solving a deconvolution problem. The last part of this thesis highlights the main difficulty encountred in such inverse problems namely the nonidentifiabilityof a source in its abstract form, proposes a method that enables to overcome this difficulty in the particular case where the aim is to identify the time active limit of the involved source. And thus, this last part opens doors on new horizons and prospects.; Cette thèse porte sur l’étude de quelques questions liées à l’identifiabilité et l’identification d’un problème inverse non-linéaire de source. Il s’agit de l’identification d’une source ponctuelle dépendante du temps constituant le second membre d’une équation de type advection-dispersion-réaction à coefficients variables. Dans le cas monodimensionnel, la souplesse du modèle stationnaire nous a permis de développer des réponses théoriques concernant le nombre des capteurs nécessaires et leurs emplacements permettant d’identifier la source recherchée d’une façon unique. Ces résultats nous ont beaucoup aidés à définir la ligne de conduite à suivre afin d’apporter des réponses similaires pour le modèle transitoire. Quant au modèle bidimensionnel transitoire, en utilisant quelques résultats de nulle contrôlabilité frontière et des mesures de l’état sur la frontière sortie et de son flux sur la frontière entrée du domaine étudié, nous avons établi un théorème d’identifiabilité et une méthode d’identification permettant de localiser les deux coordonnées de la position de la source recherchée comme étant l’unique solution d’un système non-linéaire de deux équations, et de transformer l’identification de sa fonction de débit en la résolution d’un problème de déconvolution. La dernière partie de cette thèse discute la difficulté principale rencontrée dans ce genre de problèmes inverses à savoir la non identifiabilité d’une source dans sa forme abstraite, propose une alternative permettant de surmonter cette difficulté dans le cas particulier où le but est d’identifier le temps limite à partir duquel la source impliquée a cessé d’émettre, et donc ouvre la porte sur de nouveaux horizons.

In a first part, we propose an innovative methodology for image matching in the context of reservoir simulation. In order to build a model consistent with data collected on the field, we need to evaluate the error between seismic cubes obtained by simulation and seismic cubes acquired in the oil field. Using image processing tools, we develop a new formulation of the error. The application of this new formulation on synthetic reservoir cases demonstrates its efficiency. In a second part, we address the issue of designing two theoretically well-motivated registration models capable of handling large deformations since they are based on nonlinear elasticity. The shape to be matched are viewed as Ciarlet-Geymonat materials for the first model and as Saint-Venant Kirchhoff materials for the second one. We investigate the efficiency of the proposed matching model for the registration of mouse brain gene expression data to a neuroanatomical mouse atlas.; Dans une première partie, nous proposons une méthodologie innovante pour la comparaison d'images en ingénierie de réservoir. L'objectif est de pouvoir comparer des cubes sismiques obtenus par simulation avec ceux observés sur un champ pétrolier, dans le but de construire un modèle représentatif de la réalité. Nous développons une formulation fondée sur du filtrage, de la classification statistique et de la segmentation d'images. Ses performances sont mises en avant sur des cas réalistes. Dans une seconde partie, nous nous intéressons aux méthodes de recalage d'images utilisées en imagerie médicale pour mettre en correspondance des images. Nous introduisons deux nouveaux modèles de recalage fondés sur l'élasticité non linéaire, où les formes sont appréhendées comme des matériaux de type Saint Venant-Kirchhoff et Ciarlet-Geymonat. Nous justifions théoriquement l'existence de solutions ainsi que la résolution numérique. Le potentiel de ces méthodes est illustré sur des images médicales.

Based on theoretical and algorithmic tools of DC programming and DCA, the research in this thesis focus on the local and global approaches for non convex optimization and global mixed integer optimization. The thesis consists of 5 chapters. The first chapter presents fundamentals of DC programming and DCA, and techniques of Branch and Bound method (B&B) for global optimization (using the DC relaxation technique for calculating lower bounds of the optimal value). It shall include results concerning the exact penalty technique in mixed integer programming. The second chapter is devoted of a DCA method for solving a class of NP-hard nonconvex nonlinear mixed integer programs. These nonconvex problems are firstly reformulated as DC programs via penalty techniques in DC programming so that the resulting DC programs are effectively solved by DCA and B&B well adapted. As a first application in financial optimization, we modeled the problem pf portfolio selection under concave transaction costs and applied DCA and B&B to its solutions. In the next chapter we study the modeling of the problem of minimization of nonconvex discontinuous transaction costs in portfolio selection in two forms: the first is a DC program obtained by approximating the objective function of the original problem by a DC polyhedral function and the second is an equivalent mixed 0-1 DC program. And we present DCA, B&B algorithm, and a combined DCA-B&B algorithm for their solutions. Chapter 4 studied the exact solution for the multi-objective mixed zero-one linear programming problem and presents two practical applications of proposed method. We are interested int the last chapter two challenging problems: the linear integer least squares problem and the Nonnegative Mattrix Factorization problem (NMF). The NMF method is particularly important because of its many various applications of the first are in telecommunications. The numerical simulations show the robustness, speed (thus scalability), performance, and the globality of DCA in comparison to existent methods.; Basés sur les outils théoriques et algorithmiques de la programmation DC et DCA, les travaux de recherche dans cette thèse portent sur les approches locales et globales pour l'optimisation non convexe et l'optimisation globale en variables mixtes entières. La thèse comporte 5 chapitres. Le premier chapitre présente les fondements de la programmation DC et DCA, et techniques de Séparation et Evaluation (B&B) (utilisant la technique de relaxation DC pour le calcul des bornes inférieures de la valeur optimale) pour l'optimisation globale. Y figure aussi des résultats concernant la pénalisation exacte pour la programmation en variables mixtes entières. Le deuxième chapitre est consacré au développement d'une méthode DCA pour la résolution d'une classe NP-difficile des programmes non convexes non linéaires en variables mixtes entières. Ces problèmes d'optimisation non convexe sont tout d'abord reformulées comme des programmes DC via les techniques de pénalisation en programmation DC de manière que les programmes DC résultants soient efficacement résolus par DCA et B&B bien adaptés. Comme première application en optimisation financière, nous avons modélisé le problème de gestion de portefeuille sous le coût de transaction concave et appliqué DCA et B&B à sa résolution. Dans le chapitre suivant nous étudions la modélisation du problème de minimisation du coût de transaction non convexe discontinu en gestion de portefeuille sous deux formes : la première est un programme DC obtenu en approximant la fonction objectif du problème original par une fonction DC polyèdrale et la deuxième est un programme DC mixte 0-1 équivalent. Et nous présentons DCA, B&B, et l'algorithme combiné DCA-B&B pour leur résolution. Le chapitre 4 étudie la résolution exacte du problème multi-objectif en variables mixtes binaires et présente deux applications concrètes de la méthode proposée. Nous nous intéressons dans le dernier chapitre à ces deux problématiques challenging : le problème de moindres carrés linéaires en variables entières bornées et celui de factorisation en matrices non négatives (Nonnegative Matrix Factorization (NMF)). La méthode NMF est particulièrement importante de par ses nombreuses et diverses applications tandis que les applications importantes du premier se trouvent en télécommunication. Les simulations numériques montrent la robustesse, rapidité (donc scalabilité), performance et la globalité de DCA par rapport aux méthodes existantes.

International audience

Mixture of linear regression models is used for the short-term statistical forecasting of the daily mean PM10 concentration. Hourly concentrations of PM10 have been measured in three cities in Haute-Normandie (France): Rouen, Le Havre and Dieppe. The Haute-Normandie region is located at northwest of Paris, near the south side of Manche sea and is heavily industrialized. We consider six monitoring stations reflecting the diversity of situations: urban background, traffic, rural and industrial stations. We have focused our attention on recent data from 2007 to 2011. We forecast the daily mean PM10 concentration by modeling it as a mixture of linear regression models involving meteorological predictors and the average concentration measured on the previous day. The values of observed meteorological variables are used for fitting the models but the corresponding predictions are considered for the test data, leading to realistic evaluations of forecasting performances, which are calculated through a leave-one-out scheme on the four years. We discuss in this paper several methodological issues including estimation schemes, introduction of the deterministic predictions of meteorological models and how to handle the forecasting at various horizons from some hours to one day ahead.

National audience

In this thesis, we focus on developing deterministic and heuristic approaches for solving some classes of optimization problems in Telecommunication and Mobility & Transport domain: Routing problems, Car pooloing problems, Power control problems in wireless network, Optimal spectrum balancing problems in DSL networks. They are large-scale nonconvex optimization problems. Our methodologies are focus on DC programming and DCA, Proximal decomposition method and Labeling method in graph theory. They are well-known as powerful tools in optimization. The considered problems were reformulated using the DC formulation/reformulation and exact penalty techniques and the DCA was used to obtain the solution. Also, depending on the structure of considered problems, we can provide appropriate DE decompositions or good initial points for DCA. All these proposed methods have been implemented with MATLAB, C/C++ to confirm the practical aspects and enhance our research works., Cette thèse a pour but de développer des approches déterministes et heuristiques pour résoudre certaines classes des problèmes d'optimisation en télécommunication et la mobilité d'un réseau de transport : problèmes de routage, problèmes de covoiturage, problèmes de contrôle de l'alimentation dans un réseau sans fil, problèmes d'équilibrage du spectre dans les réseaux DSL. Il s'agit des problèmes d'optimisation non convexe de très grande taille. Nos approches sont basées sur la programmation DC&DCA, méthode de décomposition proximale et la méthode d'étiquetage des graphes. Grâce aux techniques de formulation/reformulation et de pénalité exacte, nous avons établi des programmes DC équivalents en vue de leur résolution par DCA. Selon la structure de ces problèmes, on peut fournir des décompositions DC appropriées ou de bons points initiaux de DCA. Nos méthodes ont été programmées sous MATLAB, C/C++. Ils montrent la performance de nos algorithmes par rapport à des méthodes existantes.

We study reaction-diffusion fronts in presence of a localized defect. We consider bistable and monostable nonlinearities for which exact solutions exist in the homogeneous case. The partial differential equation is solved numerically and the solution is fitted using these exact solutions. We also develop a collective coordinate analysis for the position and width of a front, based on balance laws. For both non linearities, the approximate analysis agrees well with the numerical solution. We cab predict the pinning of the front in the bistable case. The sudy reveals qualitative differences between the two nonlinearities. It shows the importance of the characteristic lenghts of the defect and the front. Finally it provides a reduced model, useful for control theory or for the determination of parameters from time-series.; Cette thèse porte sur la dynamique de fronts de réaction-diffusion en présence de défauts localisés. Nous étudions des non-linéarités bistable et monostable pour lesquelles il existe des solutions exactes en milieu homogène. L'équation aux dérivées partielles est résolue numériquement et la solution est approchée en utilisant des solutions exactes. Parallèlement, nous développons une analyse en coordonnées collectives, position et largeur du front, basée sur des lois d'équilibre. Pour les deux non-linéarités, l'analyse approchée est en bon accord avec la solution numérique. Il est de plus possible de prédire l'arrêt du front dans le cas bistable. L'étude révèle des différences qualitatives entre les deux types de non linéarités. Elle montre l'importance des dimensions caractéristiques du défaut et du front. Enfin, elle fournit un modèle standardisé qui peut servir en théorie du contrôle ou pour la détermination de paramètres à partir de séries temporelles.

We study reaction-diffusion fronts in presence of a localized defect. We consider bistable and monostable nonlinearities for which exact solutions exist in the homogeneous case. The partial differential equation is solved numerically and the solution is fitted using these exact solutions. We also develop a collective coordinate analysis for the position and width of a front, based on balance laws. For both non linearities, the approximate analysis agrees well with the numerical solution. We cab predict the pinning of the front in the bistable case. The sudy reveals qualitative differences between the two nonlinearities. It shows the importance of the characteristic lenghts of the defect and the front. Finally it provides a reduced model, useful for control theory or for the determination of parameters from time-series., Cette thèse porte sur la dynamique de fronts de réaction-diffusion en présence de défauts localisés. Nous étudions des non-linéarités bistable et monostable pour lesquelles il existe des solutions exactes en milieu homogène. L'équation aux dérivées partielles est résolue numériquement et la solution est approchée en utilisant des solutions exactes. Parallèlement, nous développons une analyse en coordonnées collectives, position et largeur du front, basée sur des lois d'équilibre. Pour les deux non-linéarités, l'analyse approchée est en bon accord avec la solution numérique. Il est de plus possible de prédire l'arrêt du front dans le cas bistable. L'étude révèle des différences qualitatives entre les deux types de non linéarités. Elle montre l'importance des dimensions caractéristiques du défaut et du front. Enfin, elle fournit un modèle standardisé qui peut servir en théorie du contrôle ou pour la détermination de paramètres à partir de séries temporelles.

In this thesis we focus on developing deterministic and heuristic approaches for solving some classes of optimization problems in Finance, Assignment and Search Information. They are large-scale nonconvex optimization problems. Our approaches are based on DC programming & DCA and the Cross-Entropy method. Due to the techniques of formulation/reformulation, we have given the DC formulation of considered problems such that we can use DCA to obtain their solutions. Also, depending on the structure of feasible sets of considered problems, we have designed appropriate families of distributions such that the Cross-Entropy method could be applied efficiently. All these proposed methods have been implemented with MATLAB, C/C++ to confirm the practical aspects and enrich our research works.; La présente thèse a pour objectif principal de développer des approches déterministes et heuristiques pour résoudre certaines classes de problèmes d'optimisation en Finance, Affectation et Recherche d’Informations. Il s’agit des problèmes d’optimisation non convexe de grande dimension. Nos approches sont basées sur la programmation DC&DCA et la méthode Cross-Entropy (CE). Grâce aux techniques de formulation/reformulation, nous avons donné la formulation DC des problèmes considérés afin d’obtenir leurs solutions en utilisant DCA. En outre, selon la structure des ensembles réalisables de problèmes considérés, nous avons conçu des familles appropriées de distributions pour que la méthode Cross-Entropy puisse être appliquée efficacement. Toutes ces méthodes proposées ont été mises en œuvre avec MATLAB, C/C++ pour confirmer les aspects pratiques et enrichir notre activité de recherche.

In this thesis we focus on developing deterministic and heuristic approaches for solving some classes of optimization problems in Finance, Assignment and Search Information. They are large-scale nonconvex optimization problems. Our approaches are based on DC programming & DCA and the Cross-Entropy method. Due to the techniques of formulation/reformulation, we have given the DC formulation of considered problems such that we can use DCA to obtain their solutions. Also, depending on the structure of feasible sets of considered problems, we have designed appropriate families of distributions such that the Cross-Entropy method could be applied efficiently. All these proposed methods have been implemented with MATLAB, C/C++ to confirm the practical aspects and enrich our research works., La présente thèse a pour objectif principal de développer des approches déterministes et heuristiques pour résoudre certaines classes de problèmes d'optimisation en Finance, Affectation et Recherche d’Informations. Il s’agit des problèmes d’optimisation non convexe de grande dimension. Nos approches sont basées sur la programmation DC&DCA et la méthode Cross-Entropy (CE). Grâce aux techniques de formulation/reformulation, nous avons donné la formulation DC des problèmes considérés afin d’obtenir leurs solutions en utilisant DCA. En outre, selon la structure des ensembles réalisables de problèmes considérés, nous avons conçu des familles appropriées de distributions pour que la méthode Cross-Entropy puisse être appliquée efficacement. Toutes ces méthodes proposées ont été mises en œuvre avec MATLAB, C/C++ pour confirmer les aspects pratiques et enrichir notre activité de recherche.

This thesis is devoted to Landau-Kolmogorov type inequalities in L2 norm. The measures which are used, are the Hermite, the Laguerre-Sonin and the Jacobi ones. These inequalities are obtained by using a variational method and the involved the square norms of a polynomial p and some of its derivatives. Initially, we focused on inequalities in one real variable that involve any number of norms. The corresponding constants are taken in the domain where a certain biblinear form is positive definite. Then we generalize these results to polynomials in several real variables using the tensor product in L2 and involving at most the second partial derivatives. For the Hermite and Laguerrre-Sonin cases, these inequalities are extended to all functions of a Sobolev space. For the Jacobi case inequalities are given only for polynomials of degree fixed with respect to each variable., Ce travail est dédié à l’étude des inégalités de type Landau-Kolmogorov en normes L2. Les mesures utilisées sont celles d’Hermite, de Laguerre-Sonin et de Jacobi. Ces inégalités sont obtenues en utilisant une méthode variationnelle. Elles font intervenir la norme d’un polynômes p et celles de ces dérivées. Dans un premier temps, on s'intéresse aux inégalités en une variable réelle qui font intervenir un nombre quelconque de normes. Les constantes correspondantes sont prises dans le domaine où une certaine forme bilinéaire est définie positive. Ensuite, on généralise ces résultats aux polynômes à plusieurs variables réelles en utilisant le produit tensoriel dans L2 et en faisant intervenir au plus les dérivées partielles secondes. Pour les mesures d'Hermite et de Laguerre-Sonin, ces inégalités sont étendues à toutes les fonctions d'un espace de Sobolev. Pour la mesure de Jacobi on donne des inégalités uniquement pour les polynômes d'un degré fixé par rapport à chaque variable.

In this thesis, we investigate the DC Programming and DCA approaches in DataMining. More precisely, we are interested in the sparse approximation problems in sparse modelling. The work focuses on theoretical and algorithmic studies, mainly based on DC Programming and DCA. We established interesting properties concerning DC and quadratic reformulations for these problems with the help of new exact penalty techniques in DC programming. These results give new insights on these sparse approximation problems and so allow a better understanding and a better handling of these problems. These novel techniques were applied in both contexts of sparse eigenvalue problem and sparse approximation in linear models.The simple and nice structure of the obtained reformulations are suitably adapted to DC programming and DCA. Computational experiments are very interesting and promising, illustrating the potential of the novel approach.; Nous abordons dans cette thèse les approches de la Programmation DC et DCAen Data Mining (fouille de données). Plus particulièrement, nous nous intéressons aux problèmes de parcimonie en modélisation parcimonieuse de données. Le travail porte sur des recherches théoriques et algorithmiques et la principale approche utilisée est la programmation DC et DCA.Nous avons établi des propriétés intéressantes, des reformulations DC, voire quadratiques,équivalentes pour ces problèmes grâce à de nouvelles techniques de pénalité exacte développées durant cette thèse. Ces résultats donnent une nouvelle facette et une nouvelle manière de voir ces problèmes de parcimonie afin de permettre une meilleure compréhension et prise en main de ces problèmes. Ces nouvelles techniques ont été appliquées dans le cadre de la modélisation parcimonieuse pour le problème de la valeur propre maximale et dans le cadre de la modélisation parcimonieuse dans les modèles de régression linéaire.La structure simple des reformulations obtenues se prête bien à la programmation DC et DCA pour la résolution. Les simulations numériques, obtenues avec DCA et un algorithme combiné DCA et la procédure Séparation et Evaluation pour l’optimisation globale, sont très intéressantes et très prometteuses et illustrent bien le potentiel de cette nouvelle approche.

In this thesis, we are interested first in the sub-Riemannian problems on 2-step nilpotent Lie groups. We start by obtaining a complete classification of 2-step nilpotent sub-Riemannian Lie algebras (SR-Lie algebras) of dimension n between 3 and 7, and those of arbitrary dimension n such that the derivated algebra is of dimension one. In addition, we characterize the contact and quasi contact SR-Lie algebras and we calculate, in dimension 5, the group of SR-infinitesimal symmetries. Having presented that classification, we study the sub-Riemannian geodesics associated with the 2 step nilpotent SR-Lie algebras obtained in our classification. We study the integrability of the adjoint geodesic equations and we give the optimal controls and optimal trajectories in each case. In the second part of the thesis, we study the sub-Riemannian geodesics for a sub-RiemannianLie group (G;D;B) where G = SO(4) or G = SO(2; 2) and D is of codimension 2 (giving contactSR-homogeneous spaces). We give canonical models of these spaces and then show that the Lie-Poisson adjoint systems associated with the models are always integrable in the Liouville sense. More over, we show that the Lie-Poisson system is either a linear system which is super-integrable with the help of trigonometric functions of time (or constant ones) or a non-linear system which is integrable in the Liouville sense and whose solutions can be expressed using the Weierstrass elliptic function.; Dans cette thèse, on s'intéresse en premier aux problèmes sous-riemanniens sur un groupe de Lie nilpotent d'ordre 2. Dans un premier temps, on réalise la classification complète des algèbres de Lie sous-riemanniennes (SR-algèbres de Lie) nilpotentes d'ordre 2 de dimension n compris entre 3 et 7, et celles de dimension arbitraire n telle que l'algèbre dérivée est de dimension une. De plus, nous avons distingué les SR-algèbres de Lie de contact et de quasi-contact et nous avons calculé, en dimension 5, le groupe des SR-symétries infinitésimales. Une fois cette classification réalisée, on étudie les géodésiques sous-riemanniennes associées aux SR-algèbres de Lie nilpotentes d'ordre 2 obtenues dans notre classification. Nous avons étudié l'intégrabilité des équations géodésiques adjointes et donné les contrôles optimaux ainsi que les trajectoires optimales dans chacun des cas. Dans une seconde partie de la thèse, on étudie les géodésiques sous-riemanniennes pour un groupe de Lie sous-riemannien (G;D;B) où G = SO(4) ou G = SO(2; 2) et D est de codimension 2 (donnant des espaces SR-homogènes de contact). Nous avons donné un modèle canonique de ces espaces et ensuite montré que les systèmes adjoints de Lie-Poisson associés au modèle étaient toujours intégrables au sens de Liouville. De plus, nous montrons que le système de Lie-Poisson est soit un système linéaire qui est super-intégrable en fonctions trigonométriques du temps ou constantes ; soit un système non linéaire intégrable au sens de Liouville et dont les solutions sont exprimables à l'aide de la fonction elliptique de Weierstrass.

International audience

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We survey on numerics for finite-dimensional nonlinear optimal control. The chapter is written as a guide to practitioners who wish to get rapidly acquainted with the main numerical methods used to efficiently solve an optimal control problem. We consider throughout two classical examples, quite simple but representative enough to be complexified and generalized to other problems: the Zermelo and the Goddard problems. We provide their solving codes that are available on the web and make the point on the most up-to-date and efficient methods existing nowadays. We range on direct and indirect methods, on Hamilton-Jacobi approaches and we end with optimistic planning. Our examples illustrate the pros and cons of the methods and we also show how those various approaches can be combined in view of augmenting the efficiency of the numerical solving.

3D is emerging as a new media. Its widespread adoption requires the implementation of userfriendly tools to create and manipulate three-dimensional shapes. Current softwares heavily rely on underlying shape modeling, usually a surfacic one, and are then often counter-intuitive orlimiting. Our objective is the design of an approach alleviating those limitations and allowing the user to only focus on the process of creating forms. Drawing inspiration from the ancient use of clay,we propose to model a material in a lagrangian description. A shape is described by a particles system, where each particle represents a small fraction of the total volume of the shape. In this framework, the Smoothed Particle Hydrodynamics method enables to approximate physical values anywhere in space. Relying on this method, we propose a modeling of material with two levels, one level representing the topology and the other one describing local geometry of the shape.The SPH method especially enables to evaluate a density of matter. We use this property todefine an implicit surface based on the physical properties of the particles system to reproduce the continuous aspect of matter. Those virtual materials can then be manipulated locally through interactions reproducing the handling of dough in the real world or through global shape deformation. Our approach is demonstrated by several prototypes running either on typical desktop workstation or in immersive environment system., La 3D s'impose comme un nouveau média dont l'adoption généralisée passe par la conception d'outils, accessibles au grand public, de création et de manipulation de formes tridimensionnelles quelconques. Les outils actuels reposent fortement sur la modélisation sous-jacente des formes, généralement surfacique, et sont alors peu intuitifs ou limitatifs dans l'expressivité offerte à l'utilisateur.Nous souhaitons, dans ces travaux, définir une approche ne présentant pas ces défauts et permettant à l'utilisateur de se concentrer sur le processus créatif. En nous inspirant de l'utilisation séculaire de l'argile, nous proposons une approche modélisant la matière sous forme lagrangienne.Une forme est ainsi décrite par un système de particules, où chaque particule représente un petit volume du volume global.Dans ce cadre lagrangien, la méthode Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) permet l'approximation de grandeurs physiques en tout point de l'espace. Nous proposons alors une modélisation de matériaux à deux couches, l'une décrivant la topologie et l'autre décrivant la géométrie du système global.La méthode SPH permet, entre autres, d'évaluer la densité de matière. Ceci nous permet de définir une surface implicite basée sur les propriétés physiques du système de particules pour redonner un aspect continu à la matière.Ces matériaux peuvent alors être manipulés au moyen d'interactions locales reproduisant le maniement de la pâte à modeler, et de déformations globales. L'intérêt de notre approche est démontrée par plusieurs prototypes fonctionnant sur des stations de travail standard ou dans des environnements immersifs.

The aim of this thesis is to find the lower and upper bounds of the constant whichappears in the Markov Bernstein inequalities in L2 norm associated to the Jacobiand generalized Gegenbauer measures. In this work the qd algorithm is studied forobtaining some properties about the asymptotic behavior of some eigenvalues ofband matrices and block band matrices. These eigenvalues are linked to the MarkovBernstein constant. The application of all the tools developed for obtaining lowerand upper bounds of the Markov Bernstein constant in L2 norm associated to thegeneralized Gegenbauer measure is given.; Les travaux de recherche de cette thèse concernent l'encadrement de la constante de Markov Bernstein pour la norme L2 associée aux mesures de Jacobi et Gegenbauer généralisée. Ce travail est composé de deux parties : dans la première partie, nous avons développé une généralisation de l'algorithme qd pour les matrices symétriques définies positives à largeur de bande ℓ et nous avons construit l'algorithme qd pour les matrices de Jacobi par blocs. Ensuite, nous l'avons généralisé aux cas des matrices par bloc à largeur de bande ℓ. Ces algorithmes nous permettent de trouver un majorant de la constante. Enfin, nous avons développé le déterminant caractéristique d'une matrice symétrique définie positive pentadiagonale, ce qui nous permet d'obtenir un minorant de la constante en utilisant la méthode de Newton. La deuxième partie est consacrée à l'application de tous les outils développés à l'encadrement de la constante de Markov Bernstein pour la norme L2 associée à la mesure de Gegenbauer généralisée.

In cryptography especially in block cipher design, boolean functions are the basic elements.A cryptographic function should have high non-linearity as it can be attacked by linear method. There are three goals for the research presented in this thesis :_ Finding a new construction algorithm for the highest possible nonlinear boolean functions in the even dimension, that is bent functions, based on a detreministic model._ Finding highly non linear boolean functions._ Cryptanalysing an identification scheme based on the perceptron problem.Optimisation heuristic algorithms (Genetic algorithm and simulated annealing) and a deterministicone based on DC programming (DCA) were used together., Cette thèse s'articule autour des fonctions booléennes liées à la cryptographie et la cryptanalyse de certains schémas d'identification. Les fonctions booléennes possèdent des propriétés algébriques fréquemment utilisées en cryptographie pour constituer des S-Boxes (tables de substitution).Nous nous intéressons, en particulier, à la construction de deux types de fonctions : les fonctions courbes et les fonctions équilibrées de haut degré de non-linéarité.Concernant la cryptanalyse, nous nous focalisons sur les techniques d'identification basées sur les problèmes de perceptron et de perceptron permuté. Nous réalisons une nouvelle attaque sur le schéma afin de décider de sa faisabilité.Nous développons ici des nouvelles méthodes combinant l'approche déterministe DCA (Difference of Convex functions Algorithm) et heuristique (recuit simulé, entropie croisée, algorithmes génétiques...). Cette approche hybride, utilisée dans toute cette thèse, est motivée par les résultats intéressants de la programmation DC.

In cryptography especially in block cipher design, boolean functions are the basic elements.A cryptographic function should have high non-linearity as it can be attacked by linear method. There are three goals for the research presented in this thesis :_ Finding a new construction algorithm for the highest possible nonlinear boolean functions in the even dimension, that is bent functions, based on a detreministic model._ Finding highly non linear boolean functions._ Cryptanalysing an identification scheme based on the perceptron problem.Optimisation heuristic algorithms (Genetic algorithm and simulated annealing) and a deterministicone based on DC programming (DCA) were used together.; Cette thèse s'articule autour des fonctions booléennes liées à la cryptographie et la cryptanalyse de certains schémas d'identification. Les fonctions booléennes possèdent des propriétés algébriques fréquemment utilisées en cryptographie pour constituer des S-Boxes (tables de substitution).Nous nous intéressons, en particulier, à la construction de deux types de fonctions : les fonctions courbes et les fonctions équilibrées de haut degré de non-linéarité.Concernant la cryptanalyse, nous nous focalisons sur les techniques d'identification basées sur les problèmes de perceptron et de perceptron permuté. Nous réalisons une nouvelle attaque sur le schéma afin de décider de sa faisabilité.Nous développons ici des nouvelles méthodes combinant l'approche déterministe DCA (Difference of Convex functions Algorithm) et heuristique (recuit simulé, entropie croisée, algorithmes génétiques...). Cette approche hybride, utilisée dans toute cette thèse, est motivée par les résultats intéressants de la programmation DC.

The main objective of this thesis focuses on theoretical and algorithmic researches of local and global optimization techniques to DC programming & DCA with Branch and Bound (B&B) and the DC/SDP relaxation techniques to solve several types of non-convex optimization problems (including Combinatorial Optimization and Polynomial Optimization). This thesis is divided into four parts :We present in the first part some fondamental theorems and essential techniques in DC programming & DC Algorithm (DCA), the SDP Relaxation techniques, as well as the Branch and Bound methods (B&B).In the second part, we are interested in solving mixed integer quadratic and linear programs. We propose new local and global approaches based on DCA, B&B and SDP. The implementation of software and numerical simulations have also been investigated.The third part explores the DC programming approaches & DCA combined with a B&B technique and SDP for locally and globally solving a class of polynomial programming. The polynomial program with homogeneous polynomial functionsand its application to portfolio selection problem involving higher order moments in financial optimization have been deeply studied in this part.Finally, in the last part, we present our research on optimization problems under constraints of semi-definite matrices via our DC programming approaches. This part is dedicated to the resolution of the BMI and QMI feasibility problems in the field of optimal control.All these proposed methods have been implemented with MATLAB, C++ etc., that allowing us to confirm the practical use and enrich our research works.; L’objectif de cette thèse porte sur des recherches théoriques et algorithmiques d’optimisation locale et globale via les techniques de programmation DC & DCA, Séparation et Evaluation (SE) ainsi que les techniques de relaxation DC/SDP, pour résoudre plusieurs types de problèmes d’optimisation non convexe (notamment en Optimisation Combinatoire et Optimisation Polynomiale). La thèse comporte quatre parties :La première partie présente les outils fondamentaux et les techniques essentielles en programmation DC & l’Algorithme DC (DCA), ainsi que les techniques de relaxation SDP, et les méthodes de séparation et évaluation (SE).Dans la deuxième partie, nous nous intéressons à la résolution de problèmes de programmation quadratique et linéaire mixte en variables entières. Nous proposons de nouvelles approches locales et globales basées sur DCA, SE et SDP. L’implémentation de logiciel et des simulations numériques sont aussi étudiées.La troisième partie explore des approches de la programmation DC & DCA en les combinant aux techniques SE et SDP pour la résolution locale et globale de programmes polynomiaux. Le programme polynomial avec des fonctions polynomiales homogènes et son application à la gestion de portefeuille avec moments d’ordre supérieur en optimisation financière ont été discutés de manière approfondie dans cette partie.Enfin, nous étudions dans la dernière partie un programme d’optimisation sous contraintes de type matrices semi-définies via nos approches de la programmation DC. Nous nous consacrons à la résolution du problème de réalisabilité des contraintes BMI et QMI en contrôle optimal.L’ensemble de ces travaux a été implémenté avec MATLAB, C/C++ ... nous permettant de confirmer l’utilisation pratique et d’enrichir nos travaux de recherche.

The present doctoral thesis aims to predict vibratory forces transmitted at the interface between two mechanical structures. The study concerns structural dynamics in low frequency range and consists in modelling structural coupling in presence of uncertain parameters and experiments. Active automotive equipments are vibratory sources that cause vibrations on receiving structures (e.g a chassis) to which they are mounted. The control a priori of the vibratory field, and therefore acoustic field, of the assembled system supposes the prediction of vibratory forces at the interface. Practical situations show that the coupling strategy, used to predict forces acting on the receiver, leads to an inverse problem. In order to validate the predictions, they are compared with measurements. To comply with specifications regarding force magnitude, the interface between the two structures is optimized. It will be shown that in presence of the optimized interface, the dispersion of force magnitude is systematically lower than the dispersion in presence of the nominal interface., Le présent travail de thèse porte sur la prédiction des efforts vibratoires transmis à l'interface entre deux structures mécaniques. L'étude relève de la dynamique des structures en basses fréquences et concerne des aspects relatifs à la modélisation de couplages structuraux, notamment en présence de paramètres incertains et d'aspects expérimentaux. Les équipements automobiles actifs sont des sources vibratoires qui agissent sur la structure d'accueil (souvent le châssis) sur laquelle ils sont montés. La maîtrise, a priori, du champ vibratoire (et donc acoustique) de l'assemblage, suppose la prédiction des efforts vibratoires à l'interface équipement/structure d'accueil. Le formalisme utilisé pour décrire le couplage entre sous-systèmes permet d'établir que la recherche, dans des situations pratiques, des efforts appliqués à l'accueil est un problème inverse. Une méthode prédictive des efforts est construite et validée par une mise en œuvre expérimentale. Pour que les efforts vibratoires transmis respectent un gabarit imposé a priori, un problème d'optimisation numérique de l'interface est proposé et résolu. Il sera montré que pour l'interface ainsi optimisée, la dispersion de la norme des efforts transmis est systématiquement plus faible que pour l'interface nominale.

The present doctoral thesis aims to predict vibratory forces transmitted at the interface between two mechanical structures. The study concerns structural dynamics in low frequency range and consists in modelling structural coupling in presence of uncertain parameters and experiments. Active automotive equipments are vibratory sources that cause vibrations on receiving structures (e.g a chassis) to which they are mounted. The control a priori of the vibratory field, and therefore acoustic field, of the assembled system supposes the prediction of vibratory forces at the interface. Practical situations show that the coupling strategy, used to predict forces acting on the receiver, leads to an inverse problem. In order to validate the predictions, they are compared with measurements. To comply with specifications regarding force magnitude, the interface between the two structures is optimized. It will be shown that in presence of the optimized interface, the dispersion of force magnitude is systematically lower than the dispersion in presence of the nominal interface.; Le présent travail de thèse porte sur la prédiction des efforts vibratoires transmis à l'interface entre deux structures mécaniques. L'étude relève de la dynamique des structures en basses fréquences et concerne des aspects relatifs à la modélisation de couplages structuraux, notamment en présence de paramètres incertains et d'aspects expérimentaux. Les équipements automobiles actifs sont des sources vibratoires qui agissent sur la structure d'accueil (souvent le châssis) sur laquelle ils sont montés. La maîtrise, a priori, du champ vibratoire (et donc acoustique) de l'assemblage, suppose la prédiction des efforts vibratoires à l'interface équipement/structure d'accueil. Le formalisme utilisé pour décrire le couplage entre sous-systèmes permet d'établir que la recherche, dans des situations pratiques, des efforts appliqués à l'accueil est un problème inverse. Une méthode prédictive des efforts est construite et validée par une mise en œuvre expérimentale. Pour que les efforts vibratoires transmis respectent un gabarit imposé a priori, un problème d'optimisation numérique de l'interface est proposé et résolu. Il sera montré que pour l'interface ainsi optimisée, la dispersion de la norme des efforts transmis est systématiquement plus faible que pour l'interface nominale.

In the first part of the Ph.D thesis, we characterize all x-flat outputs and their singular loci of any 2-inputs driftless control system wich is equivalent to the chained system. Then we apply that result to the n-trailer system in order to calculate all its x-flats outputs. In the second part, we establish a new model of the n-bar system in (m+1)-dimensional space. With the help of this model, we show that the system is locally equivalent to the m-chained system and also describe its singular locus. Furthermore we analyse its flatness property and determine its minimal flat outputs. In the third part, we give necessary and sufficient conditions for a distribution to be lacally equivalent to the Cartan distribution for surfaces. Finally, in the fourth part, we give necessary and sufficient verifiable conditions for a multi-input affine control system to be orbital feedback linearizable.; Dans la première partie de cette thèse, nous caractérisons complètement toutes les x-sorties plates et leurs lieux singuliers pour un système avec deux contrôles qui est équivalent au système chaîné. Nous appliquons aussi ce résultat au système de robot mobile avec des remorques pour calculer toutes ses x-sorties plates. Dans la deuxième partie, nous présentons un nouveau modèle pour le système à n-barres dans l'espace de dimension m+1. Nous montrons que ce système est localement équivalent au système m-chaîné et caractérisons aussi ses lieux singuliers. Ensuite, nous analysons sa propriété de platitude et donnons ses sorties plates minimales. Dans la troisième partie, nous donnons des conditions nécessaires et suffisantes pour qu'une distribution soit équivalente à la distribution de Cartan pour des surfaces. Finalement, dans la quatrième partie, nous donnons des conditions nécessaires et suffisantes vérifiables pour qu'un système multi-entrées soit linéarisable par bouclage orbital.