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This work is part of the simulation of turbulent deflagrations encountered in safety studies for nuclear power plants or industrial plants.Large Eddy Simulation approach is developed allowing a thin description of the flow.The simulation tool developed is used for the study of experimental transients at small and medium scales.In the first part of this thesis, a numerical scheme for the Navier-Stokes equations for compressible non-reactive flows is developed and analysed.The scheme is explicit and based on a second order time discretization (Heun scheme).Staggered discretization is used in space.The scheme is based on the internal energy formulation.High order methods of MUSCL type used in the discrete convective operators allow then to guarantee the positivity of scalar unknowns (density, internal energy and pressure) under CFL condition.Moreover, the scheme is numerically low dissipative, which is essential in the context of large eddy simulation.This scheme is extended to the reactive case with a fractional step technique.The chemical species mass balances are solved with the Strang algorithm decoupling convection and reaction.The associated reaction energy is introduced into the energy balance of Navier-Stokes equations, solved in a second time.Then, a combustion model is developed and used for the study of flows of interest.The combustion is modelled using a virtually thickened flame formalism.A subgrid scale model allow a dynamical determination of the subgrid scale flame wrinkling factors to handle unresolved contributions.Three experimental configurations of accelerated deflagrations in an obstructed semi-confined chamber are investigated.Each configuration differs from the other by the obstacles location.The flame is progressively wrinkled by turbulent motions generated by thermal expansion around obstacles and accelerates.These test cases allow to analyse the combustion model behavior and compare the numerical results to experimental data.The superiority of the wrinkling factor dynamical formulation with respect to the constant one is highlighted.RANS simulations (averaged Navier-Stokes resolution) combined with a combustion description with the so called "G-equation'' have also been performedand support the use of large eddy simulation., Ce travail s'inscrit dans le cadre de la simulation des déflagrations turbulentes telles que celles rencontrées dans les études de sûreté pour les installations nucléaires ou civiles.Nous y développons une approche par simulation des grandes échelles permettant une description fine de l'écoulement.L'outil de simulation ainsi construit est utilisé dans l'étude de transitoires expérimentaux à petite et moyenne échelle.La première étape de la thèse a porté sur le développement et l'analyse d'un schéma numérique pour les équations de Navier-Stokes pour les écoulements compressibles non réactifs.Le schéma est explicite et basé sur une discrétisation en temps du second ordre (schéma d'Heun).La discrétisation enespace est de type mailles décalées.Elle se base sur une formulation en énergie interne.Une discrétisation des opérateurs de convection via une technique de montée en ordre de type MUSCL permet alors de garantir la positivité des variables scalaires(densité, énergie interne et pression) sous condition de CFL.De plus, le schéma est peu dissipatif numériquement, ce qui est primordial dans le contexte de la simulation des grandes échelles.Ce schéma est étendu au cas réactif par une technique de pas fractionnaires.L'équation de conservation des espèces chimiques est résolue dans un premier temps par un algorithme de Strang découplant convection et réaction.L'énergie de réaction associée est introduite dans le bilan d'énergie des équations de Navier Stokes, traitées dans un second temps.Nous développons ensuite un modèle de combustion et l'appliquons à l'étude d'écoulements d'intérêt. La combustion est traitée par un modèle de flamme artificiellement épaissie.Un modèle de sous-maille permet d'ajuster de façon dynamique le plissement de sous-maille, qui disparaît dans l'opération d'épaississement, à partir de la connaissance des champs résolus.Trois configurations expérimentales de déflagrations accélérées par des obstacles en chambre semi-confinée ont été étudiées.Ces configurations diffèrent par la disposition des obstacles qui génèrent la turbulence au passage de l'écoulement induit par l'expansion thermique et promeuvent l'accélération de la flamme.Ces cas ont permis d'analyser le comportement du modèle de combustion et valider ses résultats à partir des données expérimentales.L'étude a également mis en évidence la supériorité de la formulation dynamique du modèle par rapport à l'utilisation d'un paramètre de plissement constant.Des simulations de type RANS (résolution des équations de Navier-Stokes moyennées) où la combustion est décrite par une formulation de type « G-equation » ont également été réaliséeset confortent l'utilisation de la simulation aux grandes échelles.

This paper proposes a methodology to optimize the longitudinal profile of roads according to either an energy consumption or Global Warming Potential (GWP) criterion calculated for both construction and operation phases. For the construction phase assessment, this methodology is based on a earthworks model that computes the geometric differences between the natural terrain and the longitudinal road profile and moreover uses environmental data validated with real experiments. The operation phase is assessed by simulating traffic over a ten-years period. Traffic simulations are based on vehicle dynamic models, also validated with real experiments. The optimization problem is set up in a finite dimensional optimization. A case study illustrates this methodology. By taking into account actual traffic measurements, the optimized profile decreases by 6% the total primary energy consumption and by 8% the GWP.

Cet article vise à étudier l’effet de la hausse du prix du pétrole sur la croissance économique marocaine. À l’instar des travaux empiriques antérieurs, basés essentiellement sur les spécifications non linéaires du prix du pétrole, nous avons élaboré un modèle économétrique adapté (Modèle dynamique) pour le cas du Maroc. Pour ce faire, nous avons eu recours à des séries trimestrielles allant du premier trimestre de l’année 1998 au quatrième trimestre de l’année 2018 afin de capter les épisodes des hausses importantes du prix du pétrole d’une part, et d’analyser les retombées directes de la hausse du prix du pétrole sur la croissance économique marocaine. Nos résultats suggèrent un effet significatif des augmentations nettes du prix du pétrole au cours des quatre derniers trimestres sur la croissance économique. Il s’est avéré également que la politique de subvention exerce un effet positif et significatif sur la croissance économique, alors que la politique d’indexation entraîne un effet négatif sur ladite croissance économique. Nous signalons que nous avons pris en compte dans notre la modélisation dynamique l’effet de la politique de subvention et d’indexation sur la dite croissance., Alternatives Managériales Economiques, Vol. 3, No 2 (2021)

This thesis proposes a new concept of aerial manipulation robot named Flying Gripper that is intended to perform grasping, manipulating, and transporting of large objects autonomously. The Flying Gripper robot is composed of four quadrotors, four self-adaptive fingers and a body structure. The main contributions of these works are: (1) an original mechanical concept using multiple quadrotors to obtain full manipulability in SE(3) and taking advantage of their yaw rotations to actuate a self-adaptive and intrinsically safe grasping mechanism; (2) a wrench capability analysis method taking into account the equality and inequality constraints imposed by actuation limits, mechanical stops and equilibrium relations; (3) a model predictive controller to deal with unknown mass, inertia and center of mass due to the grasped object; (4) a Dynamic Control Allocation algorithm to distribute the control output in a way that guarantees the continuity of actuator's velocity, improves the energy efficiency and satisfies the robot mechanical limits.Numerical simulations and experimental tests have been carried out to validate the controller performances.; Cette thèse propose un nouveau concept de robot de manipulation aérienne appelé Flying Gripper. Ce robot est un manipulateur aérien, destiné à la saisie, la manipulation et le transport de grands objets de manière autonome. Le robot Flying Gripper est composé de quatre quadrotors, de quatre doigts auto-adaptatifs et d'un châssis. Les principaux apports de ces travaux sont: (1) un concept mécanique original reposant sur l'utilisation de plusieurs quadrotors et tirant parti de la rotation en lacet des quadrotors pour actionner un mécanisme de préhension auto-adaptatif et intrinsèquement sûr (2) une méthode pour analyser des torseurs disponibles en tenant compte des contraintes d'égalité et d'inégalité imposées par les limites d'actionnement, les butées mécaniques et les relations d'équilibre; (3) une commande prédictive permettant de manipuler l'objet saisie avec une masse, des inerties et un centre de masse inconnus; (4) un algorithme d'allocation de contrôle dynamique pour la distribution de l'effort de contrôle, de manière à optimiser l'efficacité énergétique et à assurer la continuité de la commande, en considérant les limites mécaniques du robot.Des simulations numériques et des tests expérimentaux ont été effectués pour valider les performances du contrôleur.

With an aging population, sedentary lifestyles, an increase in strokes and other motor deficiencies, mobility is a global concern of paramount importance. To this problem, exoskeletons and orthoses are one possible technological solution.An orthosis is a multidisciplinary system that must adapt to the user's body to assist him in his motion. Due to its complex design, it involves physical, technological and control constraints on the user. The materials used, the shape, the information and power chain, the human morphology and the motion are all factors that influence the type and amplitude of the constraints. If these constraints are too important, the user will have to adapt and modify his gait consequently.To predict the physical constraints applied by a knee orthosis on a human being during a cyclic motion such as squatting or walking, a simulator has been developed. It enables the generation of optimal trajectories in accordance with a cost function and the computation of the joint torques required to achieve the motion. An experimental study was conducted on several subjects to understand how weight is distributed during a squat motion. Based on these results, a model for the forces distribution was proposed.; Avec le vieillissement de la population, la sédentarité, l’augmentation des accidents vasculaires cérébraux et autres déficiences motrices, la mobilité est un enjeu mondial primordial. À ce problème, les exosquelettes et les orthèses constituent une réponse technologique possible.Une orthèse est un système pluridisciplinaire qui doit s’adapter au corps de l’utilisateur pour l’assister dans son mouvement. De par sa nature complexe, elle impose à l’utilisateur des contraintes physiques, technologiques et liées à la commande. Les matériaux utilisés, la géométrie, la chaîne de puissance, la chaîne d’information, la morphologie de l’être humain et la nature du mouvement sont autant d’éléments qui influent sur la nature et l’amplitude des contraintes. Si celles-ci sont trop importantes, l’utilisateur va devoir s’adapter et modifier sa démarche en conséquence.Pour prévoir les contraintes physiques appliquées par une orthèse de genou sur un individu au cours d’un mouvement cyclique tel que le squat ou la marche, un simulateur a été développé. Il permet de générer des trajectoires optimales au sens d’une fonction de coût et de calculer les couples articulaires nécessaires à la réalisation du mouvement. Une étude expérimentale a été menée sur plusieurs sujets pour comprendre comment le poids se répartit au cours d’un mouvement de squat. Basé sur ces résultats, un modèle de répartition des efforts a été proposé.

Les piles à combustible se positionnent aujourd’hui comme une alternative technologique séduisante face aux solutions classiquement utilisées pour le stockage d’énergie. De par leur rendement de conversion en énergie électrique et leur haute densité énergétique, les grands acteurs du secteur aéronautique en voient une solution intéressante pour réduire l’impact environnemental des avions. C’est dans cette optique que s’inscrit la présente thèse, visant à contribuer au développement de méthodologies destinées au suivi de l’état de santé d’une pile à combustible à membrane échangeuse de protons (Proton Exchange Membrane Fuel Cell PEMFC). Il a été montré, dans un premier temps, que l’ensemble des constituants d’une pile était soumis à des contraintes pouvant engendrer des défaillances irréversibles ou des pertes de performances. Cette synthèse a permis de mettre en exergue la nécessité de disposer de méthodes de diagnostic permettant de suivre l’état de santé de la pile. Dans ce sens, des outils basés sur le principe de l’identification paramétrique ont été mis en avant. Il s’agit dans un premier temps de pouvoir, à partir de caractérisations expérimentales, être capable de mettre en œuvre une procédure appropriée permettant d’identifier les paramètres d’un modèle représentant au mieux le comportement du composant. Et dans un temps second, de construire par l’intermédiaire des paramètres identifiés des indicateurs (signatures) liés à l’état de santé de la pile. Dans le cadre de cette thèse, nous nous sommes intéressés plus particulièrement à deux types de prise d’informations : la courbe de polarisation (V-I), et la Spectroscopie d’Impédance Electrochimique (SIE). Il a été montré dans cette thèse, que seule l’exploitation conjointe de ces 2 types de mesures permet une caractérisation pertinente de l’état de santé de la pile. Deux modèles «couplés» ont été ainsi développés : un modèle quasi-statique dont les paramètres sont identifiés à partir de la courbe de polarisation et un modèle dynamique identifié à partir des données de la SIE. Il a été mis en avant dans le cadre de cette thèse, la nécessité de développer un modèle dynamique dit «sans a priori» dont la formulation peut varier au cours du temps. Ainsi, si des phénomènes liés à un changement de caractéristique apparaissent, la structure du modèle pourra s’adapter pour en permettre la prise en compte. Le processus global partant de la connaissance a priori jusqu’à l’identification des paramètres des modèles a été développé au cours des chapitres de cette thèse. Outre la bonne reproduction des données expérimentales et la séparation des pertes dans les domaines quasi-statique et dynamique, l’approche permet de percevoir certaines défaillances à travers les paramètres des modèles développés. La prise en compte du couplage statique-dynamique a fait apparaître la notion « d’impédance résiduelle ». En effet, un biais entre la pente locale de la courbe de polarisation et la résistance basse fréquence de la SIE est systématiquement observé. L’impédance résiduelle prise en compte dans la modélisation permet d’absorber ce décalage tout en garantissant une cohérence entre les mesures de la V-I et de la SIE. Une tentative d’explication des phénomènes physico-chimiques liés à cette impédance a également fait partie de l’ensemble des objectifs de cette thèse. D’un point de vue expérimental, l’idée du travail est dans un premier temps de générer des variations ciblées et maîtrisées du comportement de la pile et d’observer leurs impacts sur les paramètres identifiés. Pour ce faire, l’idée proposée est de travailler sur une mono-cellule dont la modification des composants est aisée. Le jeu de composants (membranes différentes, différents dosages en platine …) avait permis de mettre en évidence l’impact de chaque modification sur les données expérimentales et ainsi sur le modèle avant de tester la validité de l’approche sur des campagnes de vieillissement de stacks

Hétérogénéité spatio-temporelle des paysages agricoles et dynamique de la matière organique des sols Mémoire soutenu le 2 juillet 2020 pour l'obtention d'une Habilitation à Diriger des Recherches

It is widely argued that foreign trade is an important determinant of growth. However, empirical research on the link between economic Intraregional openness and economic growth are limited, especially in the context of Central Africa. In addition, recent studies were presented in the work of Edwards (1989) and (1993) and generally conclude that close link between openness and economic growth in countries in transition. Using a dynamic panel model proposed by Arellano and Bond (1991), this article aims to verify the validity of these results in the context of the members countries of the Economic Community of Great Lakes (CECGL) during the period 2002-2018. Our results suggest that international trade influenced positive on economic growth. Econometric estimates made also attesting to this prediction. After some analysis additional robustness these results remain statistically significant. This ultimately leads us to develop the concept of extraverted growth., Il est largement admis que le commerce extérieur est un déterminant important de la croissance. Toutefois, les recherches empiriques sur le lien entre l"ouverture économique intra-régionale et la croissance économique sont limitées, en particulier dans le contexte de l"Afrique Centrale. En sus, des études récentes ont été présentées dans les travaux d"Edwards (1989) et (1993) et ont conclu généralement à un lien étroit entre l'ouverture et la croissance économique dans les pays en transition. En utilisant le modèle de panel dynamique proposé par Arellano et Bond (1991), cet article vise à vérifier la validité de ces résultats dans le contexte des pays membres de la Communauté économique des Pays des Grands Lacs (CEPGL) durant la période 2002-2018. Nos résultats suggèrent que l"ouverture économique exerce une influence positive sur la croissance économique. Les estimations économétriques réalisées attestent également cette prédiction. Après quelques analyses supplémentaires de robustesse, ces résultats restent statistiquement significatifs peu importe le cadre conjoncturel. Cela nous conduit, in fine, à développer le concept de Croissance extravertie. Abstract (Title: Intraregional Openness and Dynamics of outgoing growth) It is widely argued that foreign trade is an important determinant of growth. However, empirical research on the link between economic Intraregional openness and economic growth are limited, especially in the context of Central Africa. In addition, recent studies were presented in the work of Edwards (1989) and (1993) and generally conclude that close link between openness and economic growth in countries in transition. Using a dynamic panel model proposed by Arellano and Bond (1991), this article aims to verify the validity of these results in the context of the members countries of the Economic Community of Great Lakes (CECGL) during the period 2002-2018. Our results suggest that international trade influenced positive on economic growth. Econometric estimates made also attesting to this prediction. After some analysis additional robustness these results remain statistically significant. This ultimately leads us to develop the concept of extraverted growth.

Current transportation systems contributed to one quarter to the Greenhouse Gases (GhG) emissions and the mobility demand increases continuously. The transportation infrastructure design has to be optimized to mitigate these emissions. The methodology &ldquo, Sloop&rdquo, (acronym for Slope Optimization) has recently been set up to optimize the longitudinal road profile with respect to a Global Warming Potential (GWP) criterion calculated for both the construction and operational phases while incorporating accurate vehicle models. This paper proposes a customized optimization strategy that significantly improves the Sloop methodology. From an initial longitudinal profile generated by road designers, our algorithm identifies the optimized profile in terms of GWP. This optimization step is complex due to the large number of degrees of freedom, along with various constraints to obtaining a feasible solution and the computational cost of the operational phase assessment. The most stringent constraint entails connecting the profile with the existing road (i.e., a constraint on the final profile altitude). We have developed a specific algorithm based on the Sequential Quadratic Programming (SQP) method, this algorithm takes into account the quasi-quadratic nature of the constraint on the final altitude. In a real case study, our algorithm outputs a profile whose GWP assessment saves 4% compared to the GWP assessment of the initial profile. The benefit of our specific protocol for treating the final altitude constraint is demonstrated in this example. By means of this new efficient and open-box algorithm, profile evolution at each iteration is analyzed to determine the most sensitive degrees of freedom, and the sensitivity of the optimization with respect to the main construction parameters and traffic assumptions are conducted. The results are consistent and stable.

This thesis investigates the fundamental properties of a simplified dynamical power system model. These models can be used to study the influence of the geometrical properties of the network describing the power system. These models and some important properties of the models are presented in chapter 1. One of the main challenges in power system research is the complexity of the system. We want to use spectral graph theory to decompose the system into different modes, which can be studied individually. The second chapter introduces the mathematical background of spectral graph theory and the applications to power systems. A simple example for the application of spectral graph theory in power system research is given in chapter 3, where the static power flow system is investigated. We can see that the eigenvalues and eigenvectors of the nodal admittance matrix of the power system can be used to calculate the phases and flows in a static system. The dynamical properties are then deeper investigated in the next chapter. Here, a quadratic eigenvalue problem has to be used to investigate the system. We introduce the fundamental properties of the quadratic eigenvalue problem and the application to power system research. An extensive investigation of the spectral properties of a dynamical power system using the quadratic eigenvalue problem is then performed. We observe short and long range interactions in the system and see that the short range interactions are more sensitive to the machine parameters and are important for the stability of the power system, as they are related to local plant modes. The emergence of this localised behaviour is investigated in chapter 5. We derive two eigenvector bounds which can be used to predict and describe localisation in a network. These bounds are then applied to simple example graphs and a power system test case, to show how they can successfully predict, explain and describe localisation.; Cette thèse porte sur les propriétés fondamentales d'un modèle simplifié de système d'alimentation dynamique. Ces modèles permettent d'étudier l'influence des propriétés géométriques du réseau décrivant le système électrique. Ces modèles et certaines propriétés importantes des modèles sont présentés au chapitre 1. L'un des principaux défis de la recherche sur les systèmes électriques est la complexité du système. Nous voulons utiliser la théorie du graphique spectral pour décomposer le système en différents modes, qui peuvent être étudiés individuellement. Le deuxième chapitre présente le contexte mathématique de la théorie des graphes spectraux et les applications aux systèmes d'alimentation. Un exemple simple d'application de la théorie des graphes spectraux à la recherche sur les systèmes d'alimentation est donné au chapitre 3, où l'on étudie le système d'alimentation statique. Nous pouvons voir que les valeurs propres et les vecteurs propres de la matrice d'admission nodale du système électrique peuvent être utilisés pour calculer les phases et les flux dans un système statique. Les propriétés dynamiques sont ensuite étudiées plus en profondeur dans le chapitre suivant. Ici, un problème de valeur propre quadratique doit être utilisé pour étudier le système. Nous présentons les propriétés fondamentales du problème de la valeur propre quadratique et son application à la recherche sur les systèmes d'alimentation. Une étude approfondie des propriétés spectrales d'un système de puissance dynamique utilisant le problème des valeurs propres quadratiques est ensuite réalisée. Nous observons des interactions à courte et longue portée dans le système et constatons que les interactions à courte portée sont plus sensibles aux paramètres de la machine et sont importantes pour la stabilité du système électrique, car elles sont liées aux modes locaux de la centrale. L'émergence de ce comportement localisé est étudiée au chapitre 5. Nous dérivons deux limites de vecteurs propres qui peuvent être utilisées pour prédire et décrire la localisation dans un réseau. Ces limites sont ensuite appliquées à des exemples simples de graphiques et à un cas de test de système électrique, pour montrer comment ils peuvent prédire, expliquer et décrire avec succès la localisation.

Parallel Kinematic Manipulators (PKMs) have gained an increased popularity in thelast few decades. This interest has been stimulated by the significant advantages of PKMscompared to their serial counterparts, such as better precision and higher accelerationcapabilities. Efficient and performant control algorithms play a crucial role in improvingthe overall performance of PKMs. Control of PKMs is often considered in the literature achallenging task due to their highly nonlinear dynamics, abundant uncertainties, parametersvariation, and actuation redundancy. In this thesis, we aim at improving the dynamicperformance of PKMs in terms of precision and robustness towards changes of operatingconditions. Thus, we propose robust control strategies being extensions of (i) the standardRobust Integral of the Sign of the Error (RISE) feedback control and (ii) the super-twistingSliding Mode Control (SMC). Moreover, an actuator and friction dynamics formulation isproposed within a model-based control strategy to compensate for their resulting errors.Lyaponuv-based stability analysis is established for all the proposed controllers verifyingthe asymptotic convergence of the tracking errors. In order to validate the proposed controllers,real-time experiments are conducted on several parallel robot prototypes: the 3-DOF Delta robot at EPFL, Switzerland, the 4-DOF VELOCE robot, and the 5-DOF SPIDER4robot at LIRMM, France. Several experiments are tested including nominal scenarios, robustnesstowards speed variation, and robustness towards payload changes. The relevanceof the proposed control schemes is proved through the improvement of the tracking errorsat different dynamic operating conditions.; Les manipulateurs cinématiques parallèles (PKMs) ont acquis une popularité croissante au cours des dernières décennies. Cet intérêt a été stimulé par les avantages significatifs des PKM par rapport à leurs homologues en série en matière d’accélérations élevées et de précision.Un développement de contrôles efficaces et performant joue un rôle essentiel dans l’amélioration des performances globales des PKM. Le contrôle des PKM est souvent considéré dans la littérature comme une tâche très difficile en raison de leur dynamique non linéaire, de leurs incertitudes abondantes, de la variation des paramètres et de la redondance des actionnements. Dans cette thèse, nous visons à améliorer les performances dynamiques des PKM en matière de mouvements à grande vitesse, de robustesse et de précision.Ainsi, nous proposons d’améliorer certaines stratégies de contrôle robustes (RISE et SMC supertorsion) et compenser certaines sources d’erreurs (dynamique de l’actionneur et du frottement) par des solutions de contrôle dynamique. Une analyse de stabilité à base de Lyaponuv est établie pour tous les contrôleurs proposés vérifiant la convergence asymptotique de l’erreur de suivi à zéro à mesure que le temps passe à l’infini. Afin de valider les contrôleurs proposés, des expériences en temps réel sont menées sur plusieurs prototypes de robots parallèles: robot Delta à 3 DOF a l’EPFL, en Suisse, robot VELOCE à 4DOF et robot SPIDER4 à 5 DOF au LIRMM, en France. Plusieurs scénarios sont testés, notamment les scénarios nominaux, la robustesse face aux variations de vitesses et la robustesse face aux variations de charge utile. Les méthodes de contrôle proposées vérifient leur capacité et leur capacité à améliorer les performances dynamiques des manipulateurs parallèles,en particulier lorsqu’elles fonctionnent dans des conditions dynamiques élevées(haute vitesse et charge utile gérée).

28th Annual Congress EVU, Barcelone, ESPAGNE, 24-/10/2019 - 26/10/2019; The objective of this work is to build a PTW numerical model dedicated for the purpose of accident reconstruction. This model is based on multibody mechanics and is able to represent the dynamic behaviour of a PTW during the pre-impact phase of an accident. This model had to take into account the specificities necessary to simulate emergency maneuvers like hard braking or avoidance maneuver. Experimental tests were conducted on track using an instrumented motorbike and model validation is based on comparisons between numerical simulations and experimental tests for emergency manoeuvres. Then, this model is the centre of a methodology developed to perform PTW accident reconstructions and to identify the most probable configuration. It consists on a parametric analysis based on numerical simulation of several accident configurations with inputs driver variations. Results of simulations are then compared with the real data observed on the scene. Two real accidents provided by in-depth accident studies performed at IFSTTAR-LMA have been recon-structed using this methodology in order to show the suitability of the model and the robustness of the process.

Modern food systems facilitate rapid dispersal of pests and pathogens through multiple pathways. The complexity of spread dynamics and data inadequacy make it challenging to model the phenomenon and also to prepare for emerging invasions. We present a generic framework to study the spatio-temporal spread of invasive species as a multi-scale propagation process over a time-varying network accounting for climate, biology, seasonal production, trade and demographic information. Machine learning techniques are used in a novel manner to capture model variability and analyse parameter sensitivity. We applied the framework to understand the spread of a devastating pest of tomato, Tuta absoluta , in South and Southeast Asia, a region at the frontier of its current range. Analysis with respect to historical invasion records suggests that even with modest self-mediated spread capabilities, the pest can quickly expand its range through domestic city-to-city vegetable trade. Our models forecast that within 5–7 years, Tuta absoluta will invade all major vegetable growing areas of mainland Southeast Asia assuming unmitigated spread. Monitoring high-consumption areas can help in early detection, and targeted interventions at major production areas can effectively reduce the rate of spread.

International audience; Agroforestry, the intentional integration of trees with crops and/or livestock, can lead to multiple economic and ecological benefits compared to trees and crops/livestock grown separately. Field experimentation has been the primary approach to understanding the tree-crop interactions inherent in agroforestry. However, the number of field experiments has been limited by slow tree maturation and difficulty in obtaining consistent funding. Models have the potential to overcome these hurdles and rapidly advance understanding of agroforestry systems. Hi-sAFe is a mechanistic, biophysical model designed to explore the interactions within agroforestry systems that mix trees with crops. The model couples the pre-existing STICS crop model to a new tree model that includes several plasticity mechanisms responsive to tree-tree and tree-crop competition for light, water, and nitrogen. Monoculture crop and tree systems can also be simulated, enabling calculation of the land equivalent ratio. The model's 3D and spatially explicit form is key for accurately representing many competition and facilitation processes. Hi-sAFe is a novel tool for exploring agroforestry designs (e.g., tree spacing, crop type, tree row orientation), management strategies (e.g., thinning, branch pruning, root pruning, fertilization, irrigation), and responses to environmental variation (e.g., latitude, climate change, soil depth, soil structure and fertility, fluctuating water table). By improving our understanding of the complex interactions within agroforestry systems, Hi-sAFe can ultimately facilitate adoption of agroforestry as a sustainable land-use practice.

This thesis investigates the fundamental properties of a simplified dynamical power system model. These models can be used to study the influence of the geometrical properties of the network describing the power system. These models and some important properties of the models are presented in chapter 1. One of the main challenges in power system research is the complexity of the system. We want to use spectral graph theory to decompose the system into different modes, which can be studied individually. The second chapter introduces the mathematical background of spectral graph theory and the applications to power systems. A simple example for the application of spectral graph theory in power system research is given in chapter 3, where the static power flow system is investigated. We can see that the eigenvalues and eigenvectors of the nodal admittance matrix of the power system can be used to calculate the phases and flows in a static system. The dynamical properties are then deeper investigated in the next chapter. Here, a quadratic eigenvalue problem has to be used to investigate the system. We introduce the fundamental properties of the quadratic eigenvalue problem and the application to power system research. An extensive investigation of the spectral properties of a dynamical power system using the quadratic eigenvalue problem is then performed. We observe short and long range interactions in the system and see that the short range interactions are more sensitive to the machine parameters and are important for the stability of the power system, as they are related to local plant modes. The emergence of this localised behaviour is investigated in chapter 5. We derive two eigenvector bounds which can be used to predict and describe localisation in a network. These bounds are then applied to simple example graphs and a power system test case, to show how they can successfully predict, explain and describe localisation., Cette thèse porte sur les propriétés fondamentales d'un modèle simplifié de système d'alimentation dynamique. Ces modèles permettent d'étudier l'influence des propriétés géométriques du réseau décrivant le système électrique. Ces modèles et certaines propriétés importantes des modèles sont présentés au chapitre 1. L'un des principaux défis de la recherche sur les systèmes électriques est la complexité du système. Nous voulons utiliser la théorie du graphique spectral pour décomposer le système en différents modes, qui peuvent être étudiés individuellement. Le deuxième chapitre présente le contexte mathématique de la théorie des graphes spectraux et les applications aux systèmes d'alimentation. Un exemple simple d'application de la théorie des graphes spectraux à la recherche sur les systèmes d'alimentation est donné au chapitre 3, où l'on étudie le système d'alimentation statique. Nous pouvons voir que les valeurs propres et les vecteurs propres de la matrice d'admission nodale du système électrique peuvent être utilisés pour calculer les phases et les flux dans un système statique. Les propriétés dynamiques sont ensuite étudiées plus en profondeur dans le chapitre suivant. Ici, un problème de valeur propre quadratique doit être utilisé pour étudier le système. Nous présentons les propriétés fondamentales du problème de la valeur propre quadratique et son application à la recherche sur les systèmes d'alimentation. Une étude approfondie des propriétés spectrales d'un système de puissance dynamique utilisant le problème des valeurs propres quadratiques est ensuite réalisée. Nous observons des interactions à courte et longue portée dans le système et constatons que les interactions à courte portée sont plus sensibles aux paramètres de la machine et sont importantes pour la stabilité du système électrique, car elles sont liées aux modes locaux de la centrale. L'émergence de ce comportement localisé est étudiée au chapitre 5. Nous dérivons deux limites de vecteurs propres qui peuvent être utilisées pour prédire et décrire la localisation dans un réseau. Ces limites sont ensuite appliquées à des exemples simples de graphiques et à un cas de test de système électrique, pour montrer comment ils peuvent prédire, expliquer et décrire avec succès la localisation.

of the poster; International audience; Large river deltas across the globe are under increasing economic and environmental pressure due to overpopulation, climate change, and rising sea levels. River catchment sediments and associated discharge feed delta systems providing nutrients that not only enable higher yields in rice production but also the potential for flooding. Indeed, rice production on the Mekong River Delta (MRD) plays a main role in achieving food security for Vietnam, and provides significant export income for the Vietnamese economy (1.16% of GDP in 2018). To sustain high levels of rice production, the Vietnamese government has invested in a system of canals, flood dykes and sluice gates to control flooding of rice paddies and thereby extend the number of growing seasons from two to three rice harvests per year. However, these flood control measures have an unintended consequence in that, rather than allowing paddies to fallow, the exclusion of water and sediments from rice compartments means that soil nutrients become depleted and thus require artificial fertilizers to maintain yields. Furthermore, maintaining high levels of rice production is increasingly difficult as a result of climate change altering flood cycles, upstream hydro dam emplacement reducing sediment supply, and salinity intrusion shrinking available crop areas. In the face of these pressures MRD policy makers are facing pressing decisions in the delta and need to navigate the complexities of deltaic systems and identify optimal and sustainable land use management practices. In this work we present the outcome of the application of an integrated Systems Dynamic Model (SDM) which emulates the distribution of biophysical components for water, suspended sediment, and nutrients over the delta, delivering a calibrated amount to each flood compartment. Biophysical components were calibrated using water quality routing model INCA (Integrated Catchment model), and the engineering hydraulics model MIKE 11 (with the ECO lab module). Spatial elements of the delta, such as soil type and land systems, are coupled to the SDM through a geographic information system (GIS). Model outputs of recent events provide a baseline to develop and test the SDM. Here we show the results of the use of the (SDM) to integrate floods, nutrient supply, environmental/climate change and crop yields to facilitate stakeholders in the production of plausible normative spatially explicit scenarios of the agricultural intensification of the delta, centring on how intensification will occur and who will benefit. We use the SDM to explore scenarios covering the intensification range from local cooperatives that already exist to internationally funded agro-business. The question of livelihoods and community benefits is addressed in the normative outcomes as well as in the potential alignment and deviation form stated policy aims of the Government of Vietnam on the Mekong Delta.

International audience; Dynamical model approximation aims at alleviating numerical issues induced by large-scale complex models by building a simpler but still representative model. Such a surrogate model can then be used efficiently for simulation, control, optimisation, etc. This article deals with methods dedicated to the approximation of linear dynamical models. Two cases are addressed : the approximation of a model described by a large-scale linear ordinary differential equation by a model of the same nature and the interpolation of frequency-domain data.; L’approximation de modèles dynamiques vise à s’affranchir des problématiques de calcul inhérentes aux modèles complexes de grande dimension en construisant une représentation plus simple mais toujours représentative. Dès lors, ce modèle de substitution peut être utilisé efficacement pour de la simulation, du contrôle, de l’optimisation, etc. Cet article traite plus particulièrement de méthodes dédiées à l’approximation de modèles dynamiques linéaires. Deux cas sont abordés : l’approximation d’un modèle décrit par une équation différentielle ordinaire linéaire de grande dimension par un modèle de même nature d’une part et l’interpolation de données fréquentielles d’autre part.

Low carbon strategies recently focus on soil organic carbon (SOC) sequestration potentials from agriculture and forestry, while Life Cycle Assessment (LCA) increasingly becomes the framework of choice to estimate the environmental impacts of these activities. Classic LCA is limited to static carbon neutral approaches, disregarding dynamic SOC flows and their time-dependent GHG contributions. To overcome such limitation, the purpose of this study is to model SOC flows associated with agricultural land use (LU) and the provision of agricultural substrates to transport biofuels, thus generating dynamic inventories and comparatively assessing energy policy scenarios and their climate consequences in the context of dynamic LCA. The proposed framework allows computing SOC from annual and perennial species under specific management practices (e.g. residue removal rates, organic fertiliser use). The results associated with the implementation of three energy policies and two accounting philosophies (C-neutral and C-complete) show that shifting energy pathways towards advanced biofuels reduces overall resource consumption, LU and GHG emissions. The French 2015 Energy Transition for Green Growth Act (LTECV) leads towards higher mitigation targets compared with business-as-usual (BAU) and intermediate (15BIO) policy constraints. C-neutral results show reduced radiative forcing effects by 10% and 34% for 15BIO and LTECV respectively, with respect to BAU. C-complete (i.e. dynamic assessment of all biogenic- and fossil-sourced C flows) results reveal further mitigation potentials across policies, whereof 50%-65% can be attributed to temporal C sequestration in perennial rhizomes. A sensitivity analysis suggests important SOC variations due to temperature increase (+2°C) and changes in residue removal rates. Both parameters affect mitigation and the latter also LU, by a factor of −0.56 to + 5. This article highlights the importance of SOC modelling in the context of LU in LCA, which is usually disregarded, as SOC is considered only in the context of land use change (LUC).

Aerial manipulation is one of the challenges of robotics over the last decade. One of the constraints on the development of aerial manipulators is the limited autonomy of drones, reduced by the load and energy consumption of the on-board manipulator. One way to overcome this limit is to have several drones collaborate on a manipulation task. This thesis deals with the design and control of a new type of autonomous aerial vehicle for manipulation tasks. The concept consists in the collaboration of several drones, in particular quadrotors, through a polyarticulated passive architecture. The robot thus obtained is a fusion between the passive architecture of a parallel robot and several drones. The study of the dynamic model of this robot class highlights a decoupling in the dynamic model. This decoupling allows the design of a cascade control law. This controller provides stabilization and trajectory tracking for these robots. Two study cases are then presented in this thesis: a flying parallel robot with two drones and a flying parallel robot with three drones. For these two robots, a numerical simulation is performed to validate the controller performances. These simulations also allowed to validate the reconfiguration abilities of passive architecture in flight. The work was successfully carried to the experimental stage for the flying robot with two drones.; La manipulation aérienne est l’un des défis de la robotique au cours de cette dernière décennie. L’un des freins au développement des manipulateurs aériens est l’autonomie limitée des drones, réduite par la charge et la consommation électrique du manipulateur embarqué. Une solution pour dépasser cette limite passe par la collaboration de plusieurs drones dans une tâche de manipulation. Cette thèse porte sur la conception et la commande d’un nouveau type de véhicule autonome aérien destiné à la manipulation. Le concept consiste à faire collaborer plusieurs drones, en particulier des quadricoptères, au travers d’une architecture passive polyarticulée. Le robot ainsi obtenu est une fusion entre l’architecture passive d’un robot parallèle et plusieurs drones. L’étude du modèle dynamique de cette classe de robots met en avant un découplage dans le modèle dynamique. Ce découplage permet la conception d’une commande en cascade qui assure la stabilisation et le suivi de trajectoire pour ces robots. Deux cas d’étude sont ensuite déclinés dans cette thèse : un robot parallèle volant à deux drones et un robot parallèle volant à trois drones. Pour ces deux robots, une simulation numérique est effectuée afin de valider le fonctionnement de la commande. Ces simulations ont également permis de valider la possibilité de changer la configuration de l’architecture passive en vol. Les travaux ont été portés avec succès jusqu’au stade expérimental pour le robot volant à deux drones.

Aerial manipulation is one of the challenges of robotics over the last decade. One of the constraints on the development of aerial manipulators is the limited autonomy of drones, reduced by the load and energy consumption of the on-board manipulator. One way to overcome this limit is to have several drones collaborate on a manipulation task. This thesis deals with the design and control of a new type of autonomous aerial vehicle for manipulation tasks. The concept consists in the collaboration of several drones, in particular quadrotors, through a polyarticulated passive architecture. The robot thus obtained is a fusion between the passive architecture of a parallel robot and several drones. The study of the dynamic model of this robot class highlights a decoupling in the dynamic model. This decoupling allows the design of a cascade control law. This controller provides stabilization and trajectory tracking for these robots. Two study cases are then presented in this thesis: a flying parallel robot with two drones and a flying parallel robot with three drones. For these two robots, a numerical simulation is performed to validate the controller performances. These simulations also allowed to validate the reconfiguration abilities of passive architecture in flight. The work was successfully carried to the experimental stage for the flying robot with two drones.; La manipulation aérienne est l’un des défis de la robotique au cours de cette dernière décennie. L’un des freins au développement des manipulateurs aériens est l’autonomie limitée des drones, réduite par la charge et la consommation électrique du manipulateur embarqué. Une solution pour dépasser cette limite passe par la collaboration de plusieurs drones dans une tâche de manipulation. Cette thèse porte sur la conception et la commande d’un nouveau type de véhicule autonome aérien destiné à la manipulation. Le concept consiste à faire collaborer plusieurs drones, en particulier des quadricoptères, au travers d’une architecture passive polyarticulée. Le robot ainsi obtenu est une fusion entre l’architecture passive d’un robot parallèle et plusieurs drones. L’étude du modèle dynamique de cette classe de robots met en avant un découplage dans le modèle dynamique. Ce découplage permet la conception d’une commande en cascade qui assure la stabilisation et le suivi de trajectoire pour ces robots. Deux cas d’étude sont ensuite déclinés dans cette thèse : un robot parallèle volant à deux drones et un robot parallèle volant à trois drones. Pour ces deux robots, une simulation numérique est effectuée afin de valider le fonctionnement de la commande. Ces simulations ont également permis de valider la possibilité de changer la configuration de l’architecture passive en vol. Les travaux ont été portés avec succès jusqu’au stade expérimental pour le robot volant à deux drones.