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Peut-on caractériser l’impact de l’aviation sur le climat ? Peut-on comparer les effets CO2 et les effets non CO2 ? Quelles sont les solutions technologiques étudiées de nos jours pour rendre l’aviation durable ? Peut-on relier la vitesse d’évolution du trafic aérien à la part du budget carbone consacrée à l’aviation ? Peut-on faire un bilan des ressources énergétiques disponibles ? Ces questions ont motivé l’écriture d’un rapport de référence au sein de l’ISAE-SUPAERO. L’objectif de ces travaux n’est pas de prendre parti ni de répondre aux différentes questions évoquées, car les réponses dépendent en grande partie de choix de société et d’évolutions technoéconomiques impossibles à prédire avec certitude. En revanche, l’objectif de ce rapport est de fournir à chacun, à partir de notre position de scientifiques, les éléments nécessaires à la construction d’opinions éclairées sur ces questions, aussi objectivement que possible. Par effet d’entraînement, nous espérons aussi via ce rapport susciter des débats et ainsi participer à l’émergence d’un positionnement collectif sur ces enjeux cruciaux.

Le Maroc est confronté à une forte contrainte énergétique due à son quasi dépendance (plus de 95%) de l’extérieur pour son approvisionnement. Il est également confronté à l’utilisation massive de l’énergie traditionnelle : bois de feu et charbon de bois[1], utilisation qui engendre une déforestation d’environ 30000 ha/an. Pour faire face aux risques que cela représente à la fois pour son approvisionnement et son rythme de son développement socio-économique, les énergies renouvelables constituent une composante importante de la politique énergétique nationale. Concrètement, la volonté des pouvoirs publics s’est traduite par la mise en place d’un programme national ambitieux pour le développement des énergies renouvelables et de l’efficacité énergétique à l’horizon 2030. De ce fait le gouvernement marocain a adopté le projet de loi 13-09-début 2010[2] qui décline les grands axes d’une nouvelle stratégie énergétique nationale. Notre objectif est de présenter l'état du secteur énergétique au Maroc tout en présentant les nouvelles technologies renouvelables en promouvant l’efficacité énergétique dans toutes les activités économiques et sociales.

La crise de Covid-19 a renforcé la nécessité d’intégrer la numérisation pour l’accélération de la transformation productive de l’Afrique. L’énergie comme tout autre secteur nécessite d’intégrer les nouvelles technologies pour une meilleure exploitation. L’objectif de notre étude est d’examiner empiriquement l’impact de la transformation technologique des pays africains sur la transition vers les énergies renouvelables (CER). De ce fait La problématique centrale se pose comme suit : Dans quelle mesure la transformation technologique peut-elle contribuer à la transition vers les énergies renouvelables en Afrique ? Pour répondre à notre problématique, nous avons employé la méthode d’estimation d’EGLS, avec des données de panel de 36 pays Africains d’une durée de 9 ans (de 2007 à 2015). Les résultats empiriques obtenus montrent que la transformation technologique impact significativement et négativement sur la transition énergétique. Ce constat est expliqué par l’incapacité des pays Africains à consommer des TIC relativement vertes qui utilisent intensivement les sources des énergies renouvelables., Alternatives Managériales Economiques, مجلد 3, عدد 3 (2021)

GECCO 2021, Genetic and Evolutionary Computation Conference Companion, Lille , FRANCE, 10-/07/2021 - 14/07/2021; Traffic perturbations in railway systems may give rise to conflicts, which cause delays w.r.t. the timetable. Dealing with them requires solving the real-time Rail Traffic Management Problem (rtRTMP). A subproblem of the rtRTMP is the real-time Energy Consumption Minimization Problem (rtECMP). It defines the speed profiles along with the timing of multiple trains in a given network and time horizon. It takes as input the train routing and precedences computed by a rtRTMP solver and its objective is to minimize the weighted sum of train energy consumption and total delay. In this paper, we propose an Ant Colony Optimization algorithm for the rtECMP and we test it on the French Pierrefitte-Gonesse control area with dense mixed traffic. The results show that, in 30 seconds, a remarkable exploration of the search space is performed before convergence.

The demand for computing power steadily increases to enable new and more intelligent functionalities in our current technology. The combined computing power of mobile systems such as phones, drones, autonomous vehicles and embedded systems increases rapidly, but each system has a limited power budget. Efficient computation is thus of utmost importance. For the past decades we have relied on the growing amount of transistors per unit area to keep up with computing demand while keeping power consumption in check, but this trend is declining as transistor sizes are reaching physical limits. While architecture improvements stagnate, we find ourselves in the early stages of creating intelligent systems, which raises the question how current system can scale and which makes the exploration of alternative computing principles worth wile. This thesis examines the role of new bio-inspired computation paradigms for low-power computation, to drive a future generation of intelligent systems. Neuromorphic computing is an emerging interdisciplinary field that looks at biological systems such as the retina or the brain for inspiration on how to compute efficiently. From that it is possible to create sensors, algorithms and hardware that process information much closer to how the biological model works than current conventional computer architecture.We examine how neuromorphic cameras, algorithms and hardware can gradually replace conventional components to make the system overall use less power. We approach the issue through the lens of efficiency, and propose an event-based face detection algorithm, a framework that brings event-based computer vision to mobile devices with optimised hardware and methods based on precise timing for spiking neural networks on neuromorphic hardware. In this attempt we bring technology into being that starts to resemble the organic counterpart, to show the capabilities of brain-inspired computing., La demande en puissance de calcul augmente régulièrement pour permettre de nouvelles fonctionnalités plus intelligentes au vu de la technologie actuelle. La puissance de calcul disponible des systèmes mobiles tels que les téléphones, les drones, les véhicules autonomes et les systèmes embarqués augmente rapidement, mais chaque système a un budget limité. Le calcul efficace est donc de la plus haute importance. Au cours des dernières décennies, nous nous sommes appuyés sur la densité croissante de transistors integrés dans un processeur, pour répondre à la demande en puissance de calcul tout en maîtrisant la consommation d'énergie, mais cette tendance diminue à mesure que les tailles des transistors atteignent leurs limites physiques. Alors que les améliorations de l'architecture stagnent, nous nous trouvons dans les premières étapes de la création de systèmes intelligents, ce qui rend l'exploration de principes de calcul alternatifs indispensable. Cette thèse examine le rôle des nouveaux paradigmes de calcul bio-inspirés permettant le calcul à faible coût indispensable à la conception de la future génération de systèmes intelligents. Le calcul neuromorphique est un domaine interdisciplinaire émergent qui s'inspire des systèmes biologiques tels que la rétine ou le cerveau pour calculer efficacement. À partir de là, il est possible de créer des capteurs, des algorithmes et du matériel qui traitent les informations de façon bio-inspirée. Nous examinons comment les caméras neuromorphiques, les algorithmes et ainsi que le matériel peuvent remplacer progressivement les composants conventionnels pour arriver à un système moins gourmand en énergie. Nous abordons le problème à travers le prisme de l'efficacité et proposons un algorithme bio-inspiré de détection de visage, puis un cadriciel permettant de développer des algorithmes neuromorphiques sur des smartphones. Enfin nous proposons de porter des méthodes basées sur la précision temporelle dans les réseaux de neurones impulsionnels sur du matériel neuromorphique. Avec cette tentative, nous apportons une technologie qui commence à ressembler à la contrepartie organique, pour montrer les capacités de l'informatique inspirée du cerveau.

The demand for computing power steadily increases to enable new and more intelligent functionalities in our current technology. The combined computing power of mobile systems such as phones, drones, autonomous vehicles and embedded systems increases rapidly, but each system has a limited power budget. Efficient computation is thus of utmost importance. For the past decades we have relied on the growing amount of transistors per unit area to keep up with computing demand while keeping power consumption in check, but this trend is declining as transistor sizes are reaching physical limits. While architecture improvements stagnate, we find ourselves in the early stages of creating intelligent systems, which raises the question how current system can scale and which makes the exploration of alternative computing principles worth wile. This thesis examines the role of new bio-inspired computation paradigms for low-power computation, to drive a future generation of intelligent systems. Neuromorphic computing is an emerging interdisciplinary field that looks at biological systems such as the retina or the brain for inspiration on how to compute efficiently. From that it is possible to create sensors, algorithms and hardware that process information much closer to how the biological model works than current conventional computer architecture.We examine how neuromorphic cameras, algorithms and hardware can gradually replace conventional components to make the system overall use less power. We approach the issue through the lens of efficiency, and propose an event-based face detection algorithm, a framework that brings event-based computer vision to mobile devices with optimised hardware and methods based on precise timing for spiking neural networks on neuromorphic hardware. In this attempt we bring technology into being that starts to resemble the organic counterpart, to show the capabilities of brain-inspired computing.; La demande en puissance de calcul augmente régulièrement pour permettre de nouvelles fonctionnalités plus intelligentes au vu de la technologie actuelle. La puissance de calcul disponible des systèmes mobiles tels que les téléphones, les drones, les véhicules autonomes et les systèmes embarqués augmente rapidement, mais chaque système a un budget limité. Le calcul efficace est donc de la plus haute importance. Au cours des dernières décennies, nous nous sommes appuyés sur la densité croissante de transistors integrés dans un processeur, pour répondre à la demande en puissance de calcul tout en maîtrisant la consommation d'énergie, mais cette tendance diminue à mesure que les tailles des transistors atteignent leurs limites physiques. Alors que les améliorations de l'architecture stagnent, nous nous trouvons dans les premières étapes de la création de systèmes intelligents, ce qui rend l'exploration de principes de calcul alternatifs indispensable. Cette thèse examine le rôle des nouveaux paradigmes de calcul bio-inspirés permettant le calcul à faible coût indispensable à la conception de la future génération de systèmes intelligents. Le calcul neuromorphique est un domaine interdisciplinaire émergent qui s'inspire des systèmes biologiques tels que la rétine ou le cerveau pour calculer efficacement. À partir de là, il est possible de créer des capteurs, des algorithmes et du matériel qui traitent les informations de façon bio-inspirée. Nous examinons comment les caméras neuromorphiques, les algorithmes et ainsi que le matériel peuvent remplacer progressivement les composants conventionnels pour arriver à un système moins gourmand en énergie. Nous abordons le problème à travers le prisme de l'efficacité et proposons un algorithme bio-inspiré de détection de visage, puis un cadriciel permettant de développer des algorithmes neuromorphiques sur des smartphones. Enfin nous proposons de porter des méthodes basées sur la précision temporelle dans les réseaux de neurones impulsionnels sur du matériel neuromorphique. Avec cette tentative, nous apportons une technologie qui commence à ressembler à la contrepartie organique, pour montrer les capacités de l'informatique inspirée du cerveau.

The wireless sensor networks have become more and more ubiquitous in our daily life due to their wide range of applications. The performance of these networks depends on the quality of their sensors. Despite their limited resources and their short life spans conditioned by an exhaustible power supply, the sensors indicated have become essential in the design of networks for the detection of environmental events. Energy efficiency therefore remains to be developed in this type of application. This is because much of the energy is dissipated when routing data between nodes, especially in wide area networks. Several protocols are invested to solve this problem. Most of them are based on hierarchical routing. This is based on the clustering of network nodes. Each cluster contains member nodes and a leader called a Cluster Head. His role is to manage his group. The work in this thesis consists in improving the energy efficiency of large, homogeneous or heterogeneous networks. In fact, the deployment method has been modified so that it is in levels, which makes a large number of the clusters heads to be close to the base station and vice versa. This has a considerable impact on the performance of the LEACH and HEED protocols. The method of electing clusters heads adopted in the LEACH and Fuzzy LEACH protocols has also been improved by taking into account the distance between each node and the base station. The one among the members of a group who has the minimum distance will be elected as a cluster head., Grâce à leur large champ d’applications, les réseaux de capteurs sans fil, sont devenus de plus en plus omniprésents dans notre vie quotidienne. Les performances de ces réseaux dépendent de la qualité des capteurs de chacun d’eux. Malgré leurs faibles ressources et leurs courtes durées de vie conditionnées par une alimentation épuisable, les capteurs indiqués sont devenus indispensables dans la conception des réseaux de détection des évènements environnementaux. L’efficacité énergétique reste donc à développer dans ce type d’applications. Car, une grande partie de l’énergie se dissipe lors du routage des données entre les nœuds notamment dans les réseaux étendus. Plusieurs protocoles sont investis pour résoudre ce problème. La plupart d’entre eux se basent sur le routage hiérarchique. Celui-ci est basé sur le groupement en clusters des nœuds du réseau. Chaque cluster contient des nœuds membres et un chef appelé Cluster Head. Son rôle est de gérer son groupe. Le travail dans cette thèse consiste à améliorer l’efficacité énergétique des réseaux de grandes dimensions, homogènes ou hétérogènes. En effet, on a modifié la méthode déploiement pour qu’elle soit en niveaux ce qui rend un grand nombre des chefs des groupes élus, proches de la station de base et vis-versa. Ceci a un impact sur la performance des protocoles LEACH et HEED. On a amélioré aussi la méthode d’élection des chefs des groupes adoptée dans les protocoles LEACH et Fuzzy LEACH en tenant compte de la distance entre chaque nœud et la station de base. Celui parmi les membres d’un groupe qui a la distance minimale, va être élu comme un chef de groupe.

In France, the building sector is responsible for 46% of final energy consumption and 25% of greenhouse gas emissions. France is committed to reducing final energy consumption by 2050 through extensive energy renovation, the deployment of technologies that promote energy efficiency and low- carbon energy sources for heating and hot water production, and the widespread use of solutions to control electricity consumption.ENERGY-EFFICIENT building's feedback highlights the difference in energy consumption between predictions and on-site measurements, as well as overheating in summer. According to the scientific community, although multiple factors can explain these differences, the occupant seems to be the most influential factor through his actions on the indoor temperature set point and the management of shutters and openings.The aim of this study is analyzing the impact of the real individual behavior on an experimental building by evaluating the thermal comfort and the energy performance of the energy consuming and producing equipment’s installed in the building. The object of study is an experimental building of 20 m² located within the IUT of Nîmes, strongly instrumented and equipped with an electro solar tank, a reversible water-air heat pump, a double flow controlled mechanical ventilation and six photovoltaic panels. Several techniques and protocols are used to control the equipment and acquire data. The different instrumentation and acquisition systems allow the building’s energetic characterization in its globality and at the level of each equipment.The energy performances of the air-water heat pump, double flow mechanical ventilation, solar storage tank and photovoltaic installation are evaluated monthly and compared with those given by the manufacturers.The analysis of the building’s energy consumption is carried out over the full year 2020 under local climatic conditions acquired by a weather station installed on site and on the behavior actions of interior temperature set point and shutters management. Weekly energy balances are made based on simulated scenarios of user behavior expert or counterproductive.The building dynamic thermal simulations undertaken by the Pleiades tool, validated by the in-situ analyses, made it possible to compare the conventional scenarios of the RT 2012 with the real scenarios both meteorological and user behavioral on the building’s annual energy consumption., En France, le secteur du bâtiment est responsable de 46% de la consommation d'énergie finale et de 25% des émissions de gaz à effet de serre. À ce titre, la France s’est engagée pour la baisse de la consommation d’énergie finale à l’horizon 2050 par une rénovation énergétique profonde, un déploiement de technologies favorisant l’efficacité énergétique et des sources d’énergie décarbonées pour le chauffage et la production d’eau chaude sanitaire, et de la généralisation de solutions permettant de maîtriser la consommation d’électricité.Le retour d'expérience des bâtiments écoénergétiques met en évidence la différence de consommation d'énergie entre les prévisions et les mesures sur site, ainsi que la surchauffe en été. Selon la communauté scientifique, bien que de multiples facteurs puissent expliquer ces différences, l'occupant semble être le facteur le plus influent par ses actions sur la température intérieure de consigne et la gestion des volets et des ouvrants.Le but de cette étude est d'analyser l’impact de comportement de l’individu réel sur un bâtiment expérimental en évaluant le confort thermique et la performance énergétique des postes consommateurs et producteurs d’énergies installés dans le bâtiment. L’objet d’étude est un bâtiment expérimental de 20 m² situé au sein de l'IUT de Nîmes, fortement instrumenté et équipé d’un ballon électro solaire, d’une pompe à chaleur air-eau réversible, d’une ventilation mécanique contrôlée double flux et des six panneaux photovoltaïques. Plusieurs techniques et protocoles sont utilisés pour contrôler l'équipement et acquérir des données. Les différents systèmes d’instrumentation et d’acquisition permettent de caractériser énergétiquement le bâtiment dans sa globalité mais aussi au niveau de chaque équipement.Les performances énergétiques de la pompe à chaleur air-eau, de la ventilation mécanique contrôlée double flux, du ballon électro solaire et de l’installation photovoltaïque sont évaluées mensuellement et confrontées à celles données par les constructeurs.L’analyse des consommations énergétiques du bâtiment est effectuée sur l’année complète 2020 sous les conditions climatiques locales acquises par une station météo installée sur site et d’actions de particulières de l’usager sur la température intérieure de consigne et la gestion des volets. Des bilans énergétiques hebdomadaires sont réalisés sur la base de scénarios de comportements simulés de l’usager expert ou contreproductif.Les simulations thermiques dynamiques du bâtiment entreprises par l’outil Pleiades, validée par les analyses in-situ, ont permis de confronter les scénarios conventionnels de la RT 2012 avec les scénarios réels tant météorologiques que comportementaux de l’usager sur les consommations énergétiques annuelles du bâtiment.

CETRA 2020, 6th International Conference on Road and Rail Infrastructure - Online, Pula, CROATIE, 20-/05/2021 - 21/05/2021; Energy consumed by road vehicles has a high impact on climate changes; indeed this energy use accounts for 23% of total energy-related Green House Gases (GHG) emissions of 2014 global GHG emissions. GHG emissions are growing constantly year after year, in spite of global objectives (COP) and researches on vehicle efficiency and modal shift. The contribution of the infrastructure to lower this energy is less studied, since it is often seen as immuable or too costly. This paper aims to demonstrate that simple and low-cost solutions exist for that purpose. Particularly a methodology has been developed, based on an optimization of the speed layout over an itinerary in order to improve the eco-driving potential of a given road infrastructure. The key point of this work is that inconsistency often exists between vehicle dynamics, road longitudinal profile and changes in regulation speeds. These changes in speed are defining the speed-sectioning of a route, and an optimization of this speed-sectioning can be easily carried out while displacing or modifying speed signs. The objective of this study is to build an optimized speed sectioning which minimizes the fuel consumption for realistic traffic and various driver behaviours, while maintaining the required safety levels. A progressive optimization loop has been worked out with a Python script including an embedded microscopic road traffic simulator. As a result an optimized speed-sectioning is leading to a gain of 227 ml for 60 minutes of simulated flow of 100 veh/h/lane, for a modification of a single speed changing point. The overall benefits are reduced energy consumption, air pollution and noise which otherwise would have been produced by braking. This work brings an effective optimization tool for road managers and its practical application is passive and inexpensive. This methodology is suitable for rural and urbanized territories and easily adaptable to any type of traffic in various countries. In perspectives, the optimization process could be extended to a full road route and to a wide range of different speed-sectioning layouts.

International audience; Les questions environnementales sont au cœur des préoccupations de notre société. L’agence américaine d’information sur l’énergie prévoit une importante augmentation de la consommation énergétique d’ici 2050 et précise que l’industrie en est le plus gros consommateur [1]. La consommation énergétique par les systèmes manufacturiers est donc un enjeu majeur. Trois mesures sont utilisées pour la consommation énergétique des systèmes de production : la consommation totale d’énergie, le pic de puissance et le coût de l’énergie. Dans ce travail, nous considérons cette dernière mesure, pour laquelle le prix de l’énergie varie au cours du temps par périodes (Time-Of-Use pricing).Par ailleurs, la demande client subit de fortes variations, imposant aux systèmes de production de s’adapter rapidement, tout en restant compétitifs. Les systèmes manufacturiers reconfigurables (RMS de l’anglais Reconfigurable Manufacturing Systems) ont été introduits dans [2] afin de répondre à cette problématique. Les RMS sont généralement composés de stations sur lesquelles plusieurs ressources peuvent travailler en parallèle. Les pièces produites se déplacent de manière cadencée entre ces stations par un convoyeur ou un portique. Selon [3], la caractéristique la plus importante pour l’efficacité des RMS pourrait être la scalabilité, qui consiste à pouvoir ajouter ou enlever des ressources pour adapter la production. Au delà de l’adaptation aux évolutions de la demande, la scalabilité des RMS peut aussi permettre de mieux gérer les variations du prix de l’énergie. En effet, une configuration peu consommatrice d’énergie mais peu productive peut être utilisée dans des périodes où l’énergie est coûteuse, et une configuration plus productive et plus consommatrice peut être employée sur des périodes où l’énergie est moins coûteuse. Notre étude propose d’utiliser la scalabilité comme un outils pour minimiser le coût de l’énergie.

This paper presents the results of a thermo-economic and primary-energy-factor assessment based on the field-test results for a residential air-to-water heat pump (AWHP). The AWHP experimental setup consisted of a supervisory control and data-acquisition system, which was connected to a heat meter, an electricity meter, humidity and temperature sensors, a HP control system and a computer. Based on the experimental data, the 4-year-average seasonal performance factor was determined. This information was then applied in a thermo-economic and primary-energy-factor (PEF) analysis. The results served for a comparison of the AWHP with eight different heating systems (HSs). The results reveal that the considered AWHP represents the most thermo-economically efficient system in terms of the average final costs for heat production. The results of the PEF analysis reveal that the HS with the AWHP under investigation can be characterized as the most efficient system.

A significant amount of energy consumption in buildings is due to heating, ventilation and air-conditioning systems. Among other systems, refrigeration plants are subject of efficiency improvements. However, actual operating conditions of such plants and the performance must be known as well as any eventual optimization potential identified before enhancements can take place. Energy and exergy analyses have been widely used to assess the performance of refrigeration systems. Among others, exergy efficiency is used as an indicator to determine the system performance; however, the practical achievable values are unknown. Therefore, this work proposes a practice-oriented evaluation method for refrigeration plants, based on exergy analysis and technical standards as baseline. The identification of possible enhancements is highly relevant in practice, as measures which improve the system effectiveness most likely prevent frequent shortcomings during refrigeration plant operation. With the introduced optimization potential index (OPI), the achievable enhancements compared to the state of the art in technology and the performance are identified at a glance regardless the complexity of the system. By dividing the plant into different subsystems, each of them can be assessed individually. Laypersons can easily determine the system operating state and subsequently, if needed, initiate a detailed analysis as well as appropriate countermeasures by specialist. Moreover, modeling is seen as an appropriate method to determine additional reference values for refrigeration machines if none are available according to technical standards. Among different modeling techniques, artificial neural network models reveal the best performance for the present application. The application, functionality and purpose of the presented method is exemplified on two numerical test cases and on a real field plant as a case study. The investigation reveals an adequate operation of the studied field plant in general, where three out of seven cooling locations have performance issues. The reason should be identified in a subsequent detailed study. Overall, the auxiliary electrical exergy input shows the same magnitude as the thermal exergy input. This emphasizes the importance of minimizing the electrical energy usage, as it is the main overhead in the operating cost of refrigeration plants and also to achieve an increase in system performance. Moreover, measuring concepts of real systems are analyzed and the corresponding retrofitting costs for the application of the presented approach are identified. It is shown that a retrofit of the instrumentation can be worthwhile if the refrigeration plant already comprises a measuring concept close to the state of the art., Une grande partie de la consommation d'énergie dans les bâtiments est due aux systèmes de chauffage, de ventilation et de climatisation. Entre autres systèmes, les systèmes de réfrigération font l'objet de mesures d'amélioration de l'efficacité. Néanmoins, les conditions opérationnelles réelles de ces installations et leurs performances doivent être connues, ainsi que tout potentiel d'optimisation éventuel, avant que des améliorations puissent être réalisées. Les analyses exergétique et énergétiques ont été largement utilisées pour évaluer la performance des systèmes de réfrigération. Entre autres, l'efficacité exergétique est utilisée comme indicateur pour déterminer la performance du système, mais les valeurs réalisables dans la pratique sont inconnues. Par conséquence, ce travail propose une méthode d'évaluation pratique des systèmes de réfrigération basée sur une analyse exergétique et des normes techniques comme base de référence. L'identification des améliorations possibles est pertinente dans la pratique, car les mesures qui améliorent l'efficacité du système permettent probablement d'éviter de fréquentes déficiences pendant l'usage. Avec l'optimization potential index (OPI) introduit dans cet ouvrage, les améliorations réalisables par rapport à l'état de l'art de la technologie et la performance sont identifiées d'un seul coup d’œil, quelle que soit la complexité du système. En divisant l'installation en sous-systèmes, chacun peut être évalué individuellement. Les non-spécialistes peuvent facilement déterminer l'état de fonctionnement du système et ensuite, si nécessaire, lancer une analyse détaillée ainsi que des contre-mesures appropriées. De plus, la modélisation est considérée comme une méthode appropriée pour déterminer des valeurs de référence. Parmi les différentes techniques, les modèles artificial neural network révèlent les meilleures performances pour l'application présentée. L'application, la fonctionnalité et l'objectif de la méthode présentée sont illustrés par deux cas numériques et sur une installation réelle. La recherche révèle un fonctionnement approprié de l'installation étudiée en général, où trois des sept espaces conditionnés ont des problèmes de performance. La raison devrait être identifiée dans une étude détaillée ultérieure. Dans l'ensemble, l'apport d'exergie électrique auxiliaire est du même ordre que l'apport d'exergie thermique. Cela souligne l'importance de réduire la consommation d'énergie électrique au minimum, car elle constitue le facteur principal dans le coût d'exploitation des installations de réfrigération et permet également d'augmenter la performance du système. En outre, les concepts de mesure des systèmes réels sont analysés et les coûts de mise à jour correspondants pour l'application de l'approche présentée sont identifiés. Il est démontré qu'une mise à jour de l'instrumentation peut être rentable, si l'installation frigorifique comprend déjà un concept de mesure proche de l'état de la art.

Longtemps considérée comme un objectif secondaire, la gestion optimale des utilités (énergie, eau, etc.) sur les sites industriels est désormais un enjeu économique et environnemental majeur. Outre la dynamique importante du marché des combustibles et les quotas d’émissions de CO2, les sites industriels doivent faire face à de nombreuses contraintes d’ordre technique, organisationnel et réglementaire. Dans le même temps, les exploitants cherchent à tirer profit des opportunités de valorisation économique des flux énergétiques co-produits proposées par le marché. Des outils logiciels qualifiés de Systèmes de Management de l'Energie (SME) sont proposés aux industriels pour faciliter la gestion de ces systèmes multifactoriels. Actuellement, la plupart des applications disponibles sur le marché proposent essentiellement des fonctions de suivi en temps-réel (visualisation, évaluation d’indicateurs de performance). S’il s’agit d’une première étape, la variabilité des besoins et les contraintes opérationnelles des équipements ont fait naître le besoin d’anticiper et de planifier la production des utilités pour optimiser la performance industrielle. Inclure un outil d’optimisation des flux au sein des SME de nouvelle génération permet de proposer de véritables solutions d'aide à la décision pour le pilotage et le contrôle de performance des systèmes industriels. L’introduction d’une telle fonction nécessite la mise en place d’un « jumeau numérique » de l’unité considérée. Du point de vue des développeurs de solutions, un des enjeux est de disposer d’outils de modélisation des processus de production, généraux et flexibles, qui leur permettent de réduire les temps de développement des applications tierces. C’est précisément dans cet objectif que ces travaux de thèse ont été menés. Si le modèle exécutable au cœur de l’application s’appuie sur une formulation de Programmation Linéaire Mixte (PLM), un des principes fondateurs de ces travaux est de proposer aux développeurs un modèle graphique formel de description de tout système de production. Ce niveau d’abstraction fait l’interface entre la représentation « métier » et le modèle exécutable et évite en grande partie la réécriture des équations fondamentales communes à tout processus industriel. Cette approche conceptuelle qui se veut la plus générique possible, est mise en œuvre grâce au formalisme Extended Resource-Task Network (ERTN) Sur le plan pratique, ces concepts ont été intégrés à des composants logiciels permettant le prototypage rapide et le développement d’applications dédiées au pilotage et à l’analyse de la performance des systèmes énergétiques. La pertinence et l’applicabilité des outils développés dans cette thèse ont été prouvées par leur mise en application sur différentes unités industrielles réelles, dont la centrale d’utilités d'un site de pétrochimie-raffinage en France. Ce site, dont la partie production d'utilités est composée de plus de 50 équipements de production, possède aussi la plus grande unité française de cogénération (d'une puissance de 250 mégawatts électriques)

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The Narrowband-Internet of Things (NB-IoT) is one of the leading licensed Low Power Wide Area Networks (LPWANs) that is expected to play a very important role in connecting the exponentially increasing number of connected devices that make up the Internet of Things (IoT). To enable its network scalability, NB-IoT requires more efficient utilization of its limited energy, channel capacity, and spectrum network resources. These characteristics place various constraints in terms of the design of the physical (PHY) channel coding and spectrum access as well as the network layer protocol for the NB-IoT. A few existing channel coding approaches have been proposed to enhance the NB-IoT’s network reliability, and therefore, enable long-distance transmissions. However, most of the existing NB-IoT channel coding approaches are based on repeating transmission data and control signals and do not consider the channel conditions. Although these repetitions ensure network reliability, they are energy expensive and compromise the performance of the data rate of the network. At the same time, the increasing number of devices to be handled by a single Base Station (BS) within a cell increases the probability for interlink interference which compromises the uplink communication reliability, further increases the number of required data transmission repetitions, and therefore, reduces the overall energy efficiency of the network. To mitigate these identified problems, a multi-layer approach is proposed in this study. Firstly, a channel-aware two-dimensional Energy-Efficient Adaptive Channel Coding (EEACC) approach is considered at the PHY layer. The EEACC not only selects an appropriate modulation coding scheme (MCS) based on the estimated channel conditions (dynamically classified as bad, medium or good based on a periodically assessed BLER performance outcome) but also minimizes the transmission repetition number under a pre-assessed probability of successful transmission. Secondly, at the PHY and network layers, the study considers a two-layers NB-IoT mixed spread spectrum and clustering approach with network coding (N-MANC). At one layer, the approach uses an Adaptive Frequency Hopping Spread Spectrum (AFHSS) technique that uses a lightweight and secure pseudo-random sequence with a varying period T depending on the number of NB-IoT nodes in the considered cell to exploit the channel diversity as a way to mitigate inter-link and cross-technology interference. At the second layer, the mixed approach consists of a cooperative clustering approach based on a defined energy-signal strength gradient used for Cluster Head (CHs) selection, and a network coding (data aggregation) to further boost the overall energy efficiency of the network. A systematic mathematical model of the NB-IoT PHY layer is first developed and modelled. Then, the proposed algorithms are implemented and validated in MATLAB. The obtained simulation results demonstrate that the important QoS metrics such as energy efficiency, network reliability, data rate, transmission latency, network scalability, and lifetime are improved by the proposed algorithms when compared to existing approaches., L'Internet des objets à bande étroite (NB-IoT) est l'un des principaux réseaux étendus à basse consommation énergétique (LPWAN) dans la bande des fréquences sous licence d’utilisation, qui devrait jouer un rôle très important dans la connexion du nombre exponentiellement croissant d'objets connectés qui composent l'Internet des objets (IoT). Pour permettre l'évolutivité de son réseau, la NB-IoT nécessite une utilisation plus efficace de son énergie limitée, de la capacité de ses canaux et des ressources du spectre du réseau. Ces caractéristiques créent ainsi diverses contraintes en termes de conception du codage physique des canaux (PHY) et de l'accès au spectre ainsi que du protocole de la couche réseau pour l'Internet des objets. Quelques approches de codage de canal existantes ont été proposées pour améliorer la fiabilité du réseau de la NB-IoT et permettre ainsi les transmissions à longue distance. Cependant, la plupart des approches de codage de canal existantes de la NB-IoT sont basées sur la répétition des données de transmission et des signaux de contrôle et ne tiennent pas compte des conditions du canal. Bien que ces répétitions assurent la fiabilité du réseau, elles sont coûteuses en énergie et compromettent les performances du réseau en matière de débit de données. En même temps, le nombre croissant de dispositifs devant être traités par une seule station de base (BS) au sein d'une cellule augmente la probabilité d'interférences entre les liaisons, ce qui compromet la fiabilité de la communication sur la liaison montante, augmente encore le nombre requis de répétitions de transmission de données et, par conséquent, réduit l'efficacité énergétique globale du réseau. Pour pallier ces divers problèmes identifiés, une approche multicouche est proposée dans cette thèse. Tout d'abord, une approche bidimensionnelle de codage de canal adaptatif économe en énergie (EEACC) est proposée au niveau de la couche PHY. L'EEACC ne se contente pas de sélectionner un schéma de codage de modulation (MCS) approprié en fonction des conditions estimées du canal (classé dynamiquement comme mauvais, moyen ou bon sur la base d'un résultat de performance BLER évalué périodiquement), mais il minimise également le nombre de répétitions de transmission en fonction d'une probabilité préévaluée de réussite de la transmission. Deuxièmement, en ce qui concerne les couches PHY et réseau, l'étude développe une approche à deux couches NB-IoT `a étalement mixte du spectre et à regroupement avec codage du réseau (N-MANC). Sur une couche, l'approche utilise une technique d'étalement du spectre par saut de fréquence adaptative (AFHSS) qui utilise une séquence pseudo-aléatoire légère et sûre avec une période variable T selon le nombre de nœuds NB-IoT dans la cellule considérée pour exploiter la diversité des canaux comme moyen d'atténuer les interférences entre les liaisons et les technologies croisées. A la deuxième couche, l'approche mixte consiste en une approche de regroupement coopérative basée sur un gradient de force du signal énergétique défini utilisé pour la sélection des têtes de grappe (CHs), et un codage du réseau (agrégation de données) pour stimuler davantage l'efficacité énergétique globale du réseau. Un modèle mathématique systématique de la couche PHY du NB-IoT est d'abord développé et modélisé. Ensuite, les algorithmes proposés sont mis en œuvre et validés utilisant les simulations MATLAB. Les résultats de simulation obtenus montrent que les algorithmes proposés améliorent les paramètres importants de la qualité de service (QoS), tels que l'efficacité énergétique, la fiabilité du réseau, le débit de données, la latence de transmission, l'extensibilité du réseau et la durée de vie, par rapport aux approches existantes.

CETRA 2020, 6th International Conference on Road and Rail Infrastructure - Online, Pula, CROATIE, 20-/05/2021 - 21/05/2021; In a context of climate change, lowering road vehicles consumption is a key point to meet CO2 reduction requirements. In addition to car technological advances, eco-driving is part of the solution but the road infrastructure should ensure its development. In a previous study, a gain of 5% in the spent energy was estimated on specific route by slightly moving some speed signs, but under the assumptions that drivers practice eco-driving and the traffic is free-flow. This paper deepens and widens these first results. The base of this research is to provide a simulation model to study the impact of traffic and speed-sectioning on the environment. Inside this model, the impact of different approach speeds to a speed-sectioning is assessed. The simulation is conducted within the Trafficware Synchro environment where parameters according to road infrastructure, vehicle and driver are based on real traffic data. Moving a speed limitation sign can contribute to a reduction of fuel consumption up to 8% depending on driver structure. This new methodology improves the accuracy of our first results and detects adverse effects as the possible emergence of congestion due to the modification of speed sectioning. In perspective this methodology represents a significant argument in road managers strategy. In addition it also represents an orienting point to investigate different action scenarios and a first step to a global optimization policy in managing road infrastructure.

In the context of modern connected world, the concept of atomic data transfer/transaction has been completely redefined. Traditional distributed databases solve the issue of data safety through classical Atomicity, Consistency, Isolation and Durability (ACID) properties. However, the complex issue of transaction security remains difficult to address. Introducing blockchain (BC) as distributed database partially solves the problem but another issue arises i.e., BC’s modeling and evaluation. For e.g., what parameter values are ideal, is the selected blockchain framework compatible, etc.In this thesis, we solve it through dimensioning of BC using graph theory. With binomial distribution and preferential attachment models, we model the underlying BC P2P network to reduce topology control overhead while ensuring high flexibility, fast reconfigurability, connectivity, small diameter and clustering. Next, to reduce the no. of connections per peer, we establish ideal bounds on outbound and inbound connections that still guarantee P2P network feasibility and connectivity using r-out digraphs. For an already developed BC framework, we evaluate its applicability through topology mapping. We demonstrate the efficiency of our approach using our BTCmap framework applied to Bitcoin and present its real captured snapshot.However, using BC alone cannot holistically secure transaction as it only guarantees data immutability whereas in most scenarios, the data has also to be secured at point of generation and usage. Further, BC has high overhead and cannot penetrate to lower levels in a system. To mitigate this, we propose the use of Secure Element (SE) to establish “root of trust”, following the “secure by design” paradigm.Using these two technologies as the base of our proposed decentralized system, we apply it to three disparate fields. In Smart Grids, we address the problem of designing of distributed marketplace using the concepts of blockchain, SE, applied smart contracts, escrow accounts. We also address the issue of large data storage on blockchain for DR and centralization in DR allotment by designing a decentralized autonomous bidding system. We also propose a fair and efficient DR allotment algorithm whose execution time is less than 1 minute for more than 20k participants.Next, we apply our BC-SE based Safeguarding Framework (SaFe) to smart vehicles and address the problem of insecure Execution and Storage Environment within the smart vehicle. With SaFe, we show, how non-repudiable responsibility can be enforced. This ensures that when regulators audit the data, its veracity is undeniable. The issue of secure firmware update and key management is also solved while improving performance.In IoT, we apply our SE BC Stratagem (SEBS) to solve the pressing issue of holistic data security in resource constrained devices i.e., securing data at all 3 points viz., generation, storage, and usage while maintaining very low overhead and improving performance. We also address the niche issue of verification of blockchain data where a remote device which receives data from blockchain through an intermediary, does not have resources and online connectivity to verify it. By proposing SEOVA's double signature algorithm using the technology of SE, we successfully solve this issue without compromising on security and privacy.In the last leg, we solve the classical problem of sensor monitoring where data is transmitted using "limited transmit" method which results in aperiodicity in transmit patterns for various onsite sensors. The system on the other end must distinguish between two scenarios i.e. 1) data is not transmitted because transmission conditions are unmet, and 2) data is not transmitted because of an error on remote site. Given the same outcome for both cases, our SE-based PulSec framework, cleverly solves this problem while maintaining extremely low overhead (bandwidth=7.73 B/s, memory=464 B, time=500 ms) and zero false-positive cases; Les bases de données distribuées traditionnelles résolvent le problème de la sûreté des données grâce aux propriétés classiques d'atomicité, de cohérence, d'isolation et de durabilité (ACID) des transactions en charge de la mise à jour de ces données. Cependant, la question complexe de la sécurité des transactions reste difficile à résoudre. L'introduction de la chaîne de blocs (BlockChain : BC) en tant que base de données distribuée résout partiellement le problème, mais une autre question se pose, à savoir la modélisation et l'évaluation de la performance de la BC. Dans cette thèse, nous étudions le problème de dimensionnement de la BC en utilisant la théorie des graphes. À l'aide d’un modèle de distribution binomiale pour la sélection des nœuds voisins, nous modélisons le réseau P2P sous-jacent d’une BC pour le contrôle de la topologie du réseau P2P. Ensuite nous caractérisons le nombre de connexions sortantes et entrantes qui garantissent la connectivité du réseau P2P à l'aide de digraphes r-out. Nous démontrons l'efficacité de notre approche en utilisant notre outil BTCmap appliqué à un réseau existant.L'utilisation de la BC seule ne peut pas sécuriser les transactions de manière globale car elle ne garantit que l'immuabilité des données. Cependant, les données doivent également être sécurisées à leur source. De plus, la BC a un coût élevé en termes de puissance de calcul et ne peut pas être utilisée au niveau des nœuds sources des données. Pour traiter ce problème, nous proposons d'utiliser le concept d'élément de sécurité (SE) pour établir une "chaîne de confiance" selon le paradigme de la "sécurité par conception". Nous appliquons notre approche SE+BC à trois différents contextes:-Dans le cadre des réseaux intelligents, nous abordons le problème de conception d'un marché distribué pour l’énergie en utilisant les concepts de contrats intelligents et de comptes séquestre. Nous abordons également le problème du stockage de données sur la chaîne de blocs pour la proposition d’un service d’effacement énergétique décentralisé.-Ensuite, nous nous nous nous attaquons au problème de l'environnement d'exécution et de stockage non sécurisé dans un véhicule intelligent. Avec la solution SaFe, nous montrons comment la responsabilité non-réfutable peut être mise en œuvre. Cela garantit que lorsque les régulateurs vérifient les données, leur véracité est indéniable. La question de la mise à jour sécurisée des microprogrammes et de la gestion des clés de chiffrement est résolue par la solution SaFe.-Dans le contexte de l’Internet des Objets, nous appliquons notre stratégie SE-BC dans la solution SEBS, pour résoudre le problème de la sécurité globale des données dans les dispositifs à ressources limitées. Nous sécurisons les données en trois points, à savoir le point de génération, le stockage et l'utilisation avec un coût faible. Nous abordons également la question de la vérification des données de la BC lorsqu'un appareil distant qui reçoit des données de la BC par un intermédiaire ne dispose pas des ressources et de la connectivité en ligne nécessaires pour les vérifier. En proposant l'algorithme de double signature de SEOVA utilisant la technologie de SE, nous proposons une solution à ce problème sans compromettre la sécurité et la confidentialité. Pour finir, nous résolvons le problème classique de la surveillance de capteurs où les données sont transmises en utilisant une méthode de "transmission limitée" qui conduit à une apériodicité dans les transmissions de divers capteurs sur site. Le système à l'autre bout de la chaîne qui récupère les données doit distinguer deux scénarios : 1) les données ne sont pas transmises parce que les conditions de transmission ne sont pas remplies, c.a.d. pas de changement des données, et 2) les données ne sont pas transmises en raison d'une erreur sur un site distant. Avec le même résultat pour les deux cas, notre solution PulSec, basé sur les SE, résout ce problème avec un coût très faible

There are different types of error correction codes (CCE), each of which gives different trade-offs interms of decoding performanceand energy consumption. We propose to deal with this problem for Low-Density Parity Check (LDPC) codes. In this work, we considered LDPC codes constructed from protographs together with a quantized Min-Sum decoder, for their good performance and efficient hardware implementation. We used a method based on Density Evolution to evaluate the finite-length performance of the decoder for a given protograph.Then, we introduced two models to estimate the energy consumption of the quantized Min-Sum decoder. From these models, we developed an optimization method in order to select protographs that minimize the decoder energy consumption while satisfying a given performance criterion. The proposed optimization method was based on a genetic algorithm called differential evolution. In the second part of the thesis, we considered a faulty LDPC decoder, and we assumed that the circuit introduces some faults in the memory units used by the decoder. We then updated the memory energy model so as to take into account the noise in the decoder. Therefore, we proposed an alternate method in order to optimize the model parameters so as to minimize the decoder energy consumption for a given protograph.; Il existe différents types de codes correcteur d’erreurs (CCE), chacun offrant différents compromis entre la performance et la consommation d’énergie. Nous proposons de traiter ce problème pour les codes LDPC (Low-Density Parity Check). Dans ce travail, nous avons considéré les codes LDPC construits à partir de protographes avec un décodeur Min-Sum quantifié, pour leurs bonnes performances et leur implémentation matérielle efficace. Nous avons utilisé une méthode basée sur l’évolution de densité pour évaluer les performances à longueur finie du décodeur pour un protographe donné. Ensuite, nous avons introduit deux modèles pour estimer la consommation d’énergie du décodeur Min-Sum quantifié. A partir de ces modèles, nous avons développé une méthode d’optimisation afin de sélectionner des protographes qui minimisent la consommation d’énergie du décodeur tout en satisfaisant un critère de performance donné.Dans la seconde partie de la thèse, nous avons considéré un décodeur LDPC bruité, et nous avons supposé que le circuit introduit des défauts dans les unités de mémoire utilisées par le décodeur. Nous avons ensuite mis à jour le modèle d’énergie de la mémoire afin de prendre en compte le bruit dans le décodeur. Par conséquent, nous avons proposé une méthode alternative afin d’optimiser les paramètres du modèle et minimiser la consommation d’énergie du décodeur pour un protographe donné.

This thesis tackles one of the most debatable and in vogue topics in economics, namely the economic development and environmental quality nexus. Notably, it studies the economic development's effects—in terms of its economic, social, and political dimensions—on the environmental quality for developing and transition economies. Chapter I, which is divided into three key phases, namely theoretical review, empirical exercise, and empirical review, contributes to the literature by giving various insights regarding the link between economic growth and environmental pollution in developing and transition economies. Overall, it reveals that the recent empirical studies, indeed, succeeding to curtail some of the deficiencies suggested by theoretical contributions, might indicate a certain consensus regarding pollution-growth nexus and Environmental Kuznets Curve (EKC) hypothesis validity. Chapter II examines the pollution-growth nexus in Central and Eastern European (CEE) countries, adding to the related empirical literature using the extended EKC hypothesis as a theoretical background. On the one hand, it unveils an increasing nonlinear link between GDP and CO2 at the aggregate level, which is powerfully robust to different estimators and control variables. On the other hand, the country-level analysis reveals that the relationship between GDP and CO2 is characterized by much diversity among CEE countries. Thus, despite an aggregated upward trend, some CEE countries managed to secure both higher GDP and lower CO2 emissions. From a policy perspective, EU policymakers could pay more attention to these countries and amend the current unique environmental policy to account for country-heterogeneities to support economic growth without damaging the environment. Chapter III investigates the aggregated and sector-specific CO2 emissions' responsiveness following exogenous shocks to growth and urbanization, considering a transmission scheme that incorporates two of the widely used instruments in mitigating environmental degradation—renewables and energy efficiency. First, robust to several alternative specifications, the results indicate that output, urbanization, and energy intensity increase the aggregated CO2 emissions, while renewable energy exhibits an opposite effect. Moreover, regarding the CO2 responsiveness in the aftermath of output and urbanization shocks, the pattern may suggest that these countries are likely to attain the threshold that would trigger a decline in CO2 emissions. However, the findings are sensitive to both countries' economic development and Kyoto Protocol ratification/ascension status. Second, the sector-specific analysis unveils that the transportation, buildings, and non-combustion sector exhibits a higher propensity to increase the future CO2 levels. Generally, this chapter may provide useful insights concerning environmental sustainability prospects in developing states. Chapter IV explores the effects of political stability on environmental degradation, giving a renewed perspective on this topic in developing states. It shows that a nonlinear, bell-shaped pattern characterizes the relationship between variables at the aggregate level. Moreover, while this result is robust to a broad set of alternative specifications, significant heterogeneities are found regarding countries' distinct characteristics and alternative pollution measures. Besides, the country-specific estimates unveil contrasting patterns regarding the relationship between CO2 and political stability. Broadly speaking, the findings suggest that both the formal and informal sides of political stability play a vital role in mitigating CO2 pollution in developing countries, and may provide meaningful insights for policymakers. (...), Cette thèse aborde l'un des sujets les plus discutés et en vogue dans le domaine de l'économie, à savoir le lien entre le développement économique et la qualité environnementale. En particulier, on met l’accent sur les effets du développement économique—tant dans ses dimensions économique, sociale que politique—sur la qualité de l'environnement pour les économies en développement et en transition. Le chapitre I, divisé en trois phases clés, à savoir la revue de la littérature théorique, la partie empirique et la revue de la littérature empirique, contribue à la littérature en donnant diverses informations sur le lien entre la croissance économique et la pollution de l'environnement dans les économies en développement et en transition. Globalement, les résultats révèlent que des études empiriques récentes, parvenant à réduire certaines lacunes suggérées par la théorie, pourraient en effet indiquer un certain consensus sur la relation entre la croissance et la pollution, à savoir la validité de l'hypothèse de la Courbe de Kuznets Environnementale (CKE). Le chapitre II examine le lien pollution-croissance dans les pays d'Europe Centrale et Orientale (PECO), en ajoutant à la littérature empirique l’utilisation de l'hypothèse étendue de l'CKE comme cadre théorique. D'une part, il révèle un lien de croissance non linéaire entre le PIB et le CO2 agrégé, qui est fortement robuste pour différents estimateurs et variables de contrôle. En revanche, l'analyse au niveau des pays révèle que la relation entre le PIB et le CO2 se caractérise par une grande diversité dans les PECO. Ainsi, malgré une tendance globale à la hausse, certains PECO ont réussi à assurer à la fois un PIB plus élevé et une réduction des émissions de CO2. Du point de vue politique, les décideurs de l'UE pourraient accorder plus d'attention à ces pays, c'est-à-dire envisager une intégration plus rigoureuse des hétérogénéités des pays et, en même temps, soutenir la croissance économique sans nuire à l'environnement. Le chapitre III étudie la réponse des émissions de CO2 agrégées et sectorielles résultant des perturbations externes du PIB et de l'urbanisation, en supposant un canal de transmission qui intègre deux des éléments clés utilisés dans la lutte contre la dégradation de l'environnement—les énergies renouvelables et l'efficacité énergétique. Les résultats, robustes à plusieurs spécifications alternatives, indiquent que la production globale, l'urbanisation et l'intensité énergétique augmentent les émissions totales de CO2, tandis que les énergies renouvelables ont l'effet inverse. Par ailleurs, en ce qui concerne la réponse du CO2 aux chocs de production et d'urbanisation, le modèle suggère que ces pays atteindront le seuil maximum qui conduirait à un changement de la tendance des émissions à la baisse. Cependant, les résultats varient en fonction du niveau de revenu et du statut des pays sur la ratification/l'adhésion au Protocole de Kyoto. Ensuite, l'analyse sectorielle montre que les transports, les bâtiments et les secteurs non-combustion sont plus susceptibles de contribuer à l'augmentation des niveaux futurs de CO2. En général, ce chapitre peut fournir des informations précieuses sur les perspectives de durabilité environnementale dans les pays en développement. Le chapitre IV explore les effets de la stabilité politique sur la dégradation de l'environnement, donnant une perspective renouvelée sur ce sujet dans les pays en développement. Il montre qu'une évolution non linéaire en forme de cloche décrit la relation entre les variables au niveau agrégé. De plus, bien que ce résultat reste stable pour plusieurs spécifications alternatives, nous identifions des hétérogénéités significatives dans les caractéristiques distinctes des pays et les mesures alternatives de pollution. En outre, des estimations désagrégées révèlent des schémas contrastés pour la relation entre le CO2 et la stabilité politique. (...)

There are different types of error correction codes (CCE), each of which gives different trade-offs interms of decoding performanceand energy consumption. We propose to deal with this problem for Low-Density Parity Check (LDPC) codes. In this work, we considered LDPC codes constructed from protographs together with a quantized Min-Sum decoder, for their good performance and efficient hardware implementation. We used a method based on Density Evolution to evaluate the finite-length performance of the decoder for a given protograph.Then, we introduced two models to estimate the energy consumption of the quantized Min-Sum decoder. From these models, we developed an optimization method in order to select protographs that minimize the decoder energy consumption while satisfying a given performance criterion. The proposed optimization method was based on a genetic algorithm called differential evolution. In the second part of the thesis, we considered a faulty LDPC decoder, and we assumed that the circuit introduces some faults in the memory units used by the decoder. We then updated the memory energy model so as to take into account the noise in the decoder. Therefore, we proposed an alternate method in order to optimize the model parameters so as to minimize the decoder energy consumption for a given protograph.; Il existe différents types de codes correcteur d’erreurs (CCE), chacun offrant différents compromis entre la performance et la consommation d’énergie. Nous proposons de traiter ce problème pour les codes LDPC (Low-Density Parity Check). Dans ce travail, nous avons considéré les codes LDPC construits à partir de protographes avec un décodeur Min-Sum quantifié, pour leurs bonnes performances et leur implémentation matérielle efficace. Nous avons utilisé une méthode basée sur l’évolution de densité pour évaluer les performances à longueur finie du décodeur pour un protographe donné. Ensuite, nous avons introduit deux modèles pour estimer la consommation d’énergie du décodeur Min-Sum quantifié. A partir de ces modèles, nous avons développé une méthode d’optimisation afin de sélectionner des protographes qui minimisent la consommation d’énergie du décodeur tout en satisfaisant un critère de performance donné.Dans la seconde partie de la thèse, nous avons considéré un décodeur LDPC bruité, et nous avons supposé que le circuit introduit des défauts dans les unités de mémoire utilisées par le décodeur. Nous avons ensuite mis à jour le modèle d’énergie de la mémoire afin de prendre en compte le bruit dans le décodeur. Par conséquent, nous avons proposé une méthode alternative afin d’optimiser les paramètres du modèle et minimiser la consommation d’énergie du décodeur pour un protographe donné.

The design target of energy efficiency for 5G networks is at least 1000-fold than the currently available 4G system, while offering higher data transmission rate and very low latency. To evaluate the performance of large representative cellular networks and capture the main factors involved in the energy consumption process, representative and accurate models must be developed. To develop tractable and efficient models, we use the spatial fluid modeling framework and compute the energy efficiency metric. Our model consists of a downlink transmission of an OFDMA cellular network, composed of several base stations and multiple user equipments randomly distributed over the area. An analytical expression of energy efficiency is then derived to study the impact of the major factors involved in the energy consumption process such as fading and shadowing attenuation, cellular coverage type and quality. Extensive numerical simulations were run to compare the results obtained by Monte Carlo simulations and demonstrate the effectiveness and accuracy of the fluid modeling for large cellular networks. The numerical results indicate that user density does not affect energy efficiency. Besides, energy efficiency is more important in suburban environments than in urban environments where the shadowing effect is great, regardless of the cellular coverage type. However, and more generally, micro-cellular networks’deployment offers better energy efficiency than the conventional macro-cellular ones. Besides, we evaluated the effect of the promising Joint Transmission Coordinated MultiPoint (JT-CoMP) technique on energy efficiency, which is significantly improved as the number of coordinated BSs increases. On the other hand, coordination between base stations is only effective for user equipment that is remote from their base station. To resume, our numerical results illustrate the effectiveness and accuracy of fluid modeling, which can be considered a mathematical tool by operators to benchmark cellular networks’energy efficiency., La conception des systèmes de communication dits 5G cible une efficacité énergétique ambitieuse, au moins 1000 fois supérieure à celle du système 4G actuellement disponible, tout en offrant un débit de transmission de données supérieur et un temps de latence très faible. Il est donc nécessaire de développer des modèles représentatifs et précis des grands réseaux cellulaires afin d’évaluer leur performance et d’identifier les principaux facteurs impliqués dans la consommation d'énergie comme l’atténuation de signal, le type et la qualité de la couverture cellulaire radio. Nous avons utilisé la modélisation fluide spatiale pour développer des modèles représentatifs et calculables afin de calculer la métrique d'efficacité énergétique. Notre modèle considère un réseau composé de plusieurs cellules opérant en OFDMA sur les liens descendants, et de multiples équipements utilisateurs répartis aléatoirement. Une expression analytique de l'efficacité énergétique a été dérivée pour prendre en compte les principaux facteurs liés à la communication : coefficient d’atténuation de signal, probabilité de couverture, type du réseau. Des simulations numériques ont permis de comparer les résultats avec ceux obtenus par les simulations Monte Carlo et ainsi, montrer l'efficacité et la précision de la modélisation fluide pour de grands réseaux cellulaires. Les résultats numériques montrent que l'efficacité énergétique est indépendante de la densité des équipements utilisateurs. Par ailleurs, l'efficacité énergétique est plus importante dans les environnements suburbains que dans les milieux urbains où l'effet de shadowing est grand et ce, quel que soit le type de réseaux (macro, micro ou femto). Cependant, et d’une façon plus générale, le déploiement de petits réseaux (small cells) offre une meilleure efficacité énergétique comparée au réseau macro classique. En outre, nous avons évalué l'effet de la technique de transmission conjointe multipoint (JT-CoMP) sur l'efficacité énergétique, qui est considérablement améliorée lorsque le nombre de stations de base coordonnées augmente. En revanche, la coordination entre les stations de base n’est efficace que pour les équipements utilisateurs éloignés de leur station de base. En résumé, nos résultats numériques mettent en évidence l'efficacité et la précision de la modélisation fluide qui peut être considérée comme un outil mathématique par les opérateurs pour évaluer l'efficacité énergétique des réseaux cellulaires.

The deployment of Communicating Things Networks (CTNs), with continuously increasing densities, needs to be optimal in terms of quality of service, energy consumption and lifetime. Determining the optimal placement of the nodes of these networks, relative to the different quality criteria, is an NP-Hard problem. Faced to this NP-Hardness, especially for indoor environments, existing approaches focus on the optimization of one single objective while neglecting the other criteria, or adopt an expensive manual solution. Finding new approaches to solve this problem is required. Accordingly, in this thesis, we propose a new approach which automatically generates the deployment that guarantees optimality in terms of performance and robustness related to possible topological failures and instabilities. The proposed approach is based, on the first hand, on the modeling of the deployment problem as a multi-objective optimization problem under constraints, and its resolution using a hybrid algorithm combining genetic multi-objective optimization with weighted sum optimization and on the other hand, the integration of reinforcement learning to guarantee the optimization of energy consumption and the extending the network lifetime. To apply this approach, two tools are developed. A first called MOONGA (Multi-Objective Optimization of wireless Network approach based on Genetic Algorithm) which automatically generates the placement of nodes while optimizing the metrics that define the QoS of the CTN: connectivity, m-connectivity, coverage, k-coverage, coverage redundancy and cost. MOONGA tool considers constraints related to the architecture of the deployment space, the network topology, the specifies of the application and the preferences of the network designer. The second optimization tool is named R2LTO (Reinforcement Learning for Life-Time Optimization), which is a new routing protocol for CTNs, based on distributed reinforcement learning that allows to determine the optimal rooting path in order to guarantee energy-efficiency and to extend the network lifetime while maintaining the required QoS.; Le déploiement des réseaux d’objets communicants «ROCs», dont les densités augmentent sans cesse, conditionne à la fois l’optimalité de leur qualité de service, leur consommation énergétique et par conséquent leur durée de vie. Il s’avère que le problème de déterminer le placement optimal, relativement aux différents critères de qualité, des nœuds de ces réseaux est un problème Np-Complet. Face à cette Np-complétude, et en particulier pour des environnements intérieurs, les approches existantes focalisent sur l’optimisation d’un seul objectif en négligeant les autres critères, ou optent pour une solution manuelle fastidieuse et coûteuse. Des nouvelles approches pour résoudre ce problème sont donc nécessaires. Cette thèse propose une nouvelle approche qui permet de générer automatiquement, dès la phase de conception des réseaux d’objets communicants, le déploiement qui garantit à la fois l’optimalité en termes de performances et de robustesse face aux éventuelles défaillances et instabilités topologiques. Cette approche proposée est basée d’une part sur la modélisation du problème de déploiement sous forme d’un problème d’optimisation combinatoire multi-objectifs sous contraintes, et sa résolution par un algorithme génétique hybride combinant l’optimisation multi-objectifs avec l’optimisation à somme pondérée, et d’autre part sur l’intégration de l’apprentissage par renforcement pour garantir l’optimisation de la consommation énergétique et la prolongation de la durée de vie. Elle est concrétisée par le développement de deux outils. Un premier appelé MOONGA (pour Multi-Objective Optimization of Wireless Network Approach Based on Genetic Algorithm) qui permet de générer automatiquement le placement des nœuds, qui optimise la connectivité, la m-connectivité, la couverture, la k-couverture, la redondance de couverture et le coût. Cette optimisation prend en considération les contraintes liées à l'architecture de l’espace de déploiement, à la topologie du réseau, aux spécificités de l'application pour laquelle le réseau est conçu et aux préférences du concepteur. Après optimisation de déploiement l’outil R2LTO (Pour Reinforcement Learning for Life-Time Optimization), permet d’intégrer un protocole de routage, basé sur l'apprentissage par renforcement, pour garantir l’optimisation de la consommation énergétique et de la durée de vie du ROC après son déploiement tout en conservant la QoS requise.

As the world’s civilization is entirely dependent on access to large amounts of energy, the energy demand continues to increase along with the rapid growth in the world’s population. Countries with extreme climate conditions tend to have greater energy demand where most aggressive energy consumers are heating and cooling systems. In the middle east and Gulf countries in particular (like Qatar), there is a huge demand for Heating Ventilation & Air conditioning (HVAC) applications due to the harsh desert environment (heat, humidity & dust), which approximately accounts for 60 – 70 % of total energy consumption. Electricity as a secondary form of energy is dominantly used for cooling applications in such regions, which is usually produced via standard fossil fuel based power generation processes that are associated with massive loads of carbon emission. Typical household consumption in Qatar is ten times higher than average houses in the USA and Europe. There have been numerous studies and techniques proposed to address such energy challenges through state-of-the-art technology, energy efficiency, and renewable energy. However, they are not entirely successful, as many of which are region or even country-specific, meaning that local energy policies, regulations, and culture can always impact the expected results. This study investigates the energy consumption and efficiency challenges related to buildings’ cooling applications and their environmental and health implications within areas of harsh arid climate conditions. To address these challenges, a pragmatic engineering approach is proposed to assist in tackling persistent power management and peak load issues associated with cooling applications in buildings where the focus is on demand-side to develop suitable power management techniques for multiple AC units. Optimal and adaptive control schemes were successfully developed for buildings to respond to space cooling demands in a balanced and harmonized way that significantly minimizes power peaks. Another aspect of this work investigates how dust from the surrounding desert environment can negatively impact HVAC performance, energy efficiency, and indoor air quality. An optimization algorithm was successfully developed to guide the design and proper selection of air filters for optimal HVAC performance.; La civilisation mondiale est entièrement dépendante de l'accès à de grandes quantités d'énergie tandis que la demande d'énergie continue de croître à un rythme rapide avec la croissance de la population mondiale. Les pays aux conditions météorologiques extrêmes ont tendance à avoir des demandes énergétiques plus élevées, où les principaux consommateurs d'énergie sont les systèmes de chauffage et de refroidissement. Dans les pays du Moyen-Orient et du Golfe en particulier (Qatar par exemple), il existe une forte demande pour les applications de refroidissement en raison de l'environnement désertique (chaleur, humidité et poussière), qui représente environ 60 à 70% de la consommation totale d'énergie. L'électricité en tant que forme d'énergie secondaire est principalement utilisée pour les applications de refroidissement dans ces régions, qui est générée par des processus de production d'électricité standard à base de combustibles fossiles associés à des émissions massives de carbone. La consommation typique des ménages au Qatar est dix fois plus élevée que la moyenne des ménages aux États-Unis et en Europe. De nombreuses études et techniques ont été proposées pour relever ces défis énergétiques grâce aux technologies de pointe, à l'efficacité énergétique et aux énergies renouvelables. Cependant, ils ne sont pas entièrement couronnés de succès, car beaucoup d'entre eux sont spécifiques à une région ou même à un pays, ce qui signifie que les politiques énergétiques, les concepts et la culture locaux peuvent avoir un impact sur le résultat attendu. Cette étude examine les problèmes de consommation d'énergie et d'efficacité associés aux applications de refroidissement des bâtiments et leurs implications environnementales et sanitaires dans les régions désertiques. Pour relever ces défis, une approche d'ingénierie pragmatique est proposée pour aider à résoudre les problèmes persistants de gestion de l'énergie et de charge de pointe associés aux applications de refroidissement dans les bâtiments où l'accent est mis sur la demande afin de développer des techniques de gestion de l'énergie pour plusieurs équipements de climatisation. Des schémas de contrôle optimaux et adaptatifs ont été développés avec succès pour les bâtiments afin de répondre aux demandes de refroidissement des locaux d'une manière équilibrée et harmonisée qui minimise la demande de pointe. Un autre aspect de ce travail étudie comment la poussière de l'environnement désertique environnant peut avoir un impact négatif sur les performances de la climatisation, l'efficacité énergétique et la qualité de l'air intérieur. Un algorithme d'optimisation a été développé avec succès pour guider la conception et la sélection appropriée des filtres à air pour des performances optimales du climatiseur.

This work presents a contribution to the latent heat thermal energy storage LHTES technology by working on both phase change materials PCMs and storage systems that are technically and economically viable for their integration in buildings. Regarding the PCM material, the urea and sodium nitrate eutectic mixture has been previously identified as a good candidate for the Domestic Heating Water (DHW) and heating applications. One of the main objectives of the PhD thesis was the characterization of these aspects to evaluate the urea and sodium nitrate eutectic mixture long term feasibility to be used as a PCM in application. The study of the material includes the development of methodologies that are more practical and representative of the operation in the final application than the traditionally used in PCM characterization. The characterization of the hygroscopicity or water uptake of the urea and sodium nitrate eutectic mixture under different conditions was performed. A sample preparation method and handling conditions are proposed for avoiding the mixture water uptake.The thermal degradation of the urea and sodium nitrate eutectic mixture was evaluated by measuring the thermo-physical behavior after exposure time at different defined temperatures. DSC measurements were carried out to determine the variation of parameters that are directly related to the thermal energy storage of the PCM and its long-term stability. In addition, the degradation products and their influence on the variation of the system properties were assessed.The eutectic mixture showed unforeseen segregation at temperatures above the melting point upon melting and solidification cycles. Several tests were done including thermal cycling, XRD of the segregates, DSC after the redissolution of the segregates in the liquid material, and microscopy (PLM and SEM) of samples cooled down under different conditions. The experiments permitted to stablish a relationship between the operation conditions, more specifically the cooling rates, with the resulting crystal structures which explains the phase segregation in the eutectic mixture, and how to reduce it and how to reverse the process.The study of the supercooling comprised the use of the urea and sodium nitrate eutectic mixture and PEG10000. The experiments were performed in different conditions: sample containers (with different geometries and volumes), cooling rates and heat transfer fluids (HTF) were implemented. Finally, the results served to evaluate the relationship of the supercooling degree with parameters associated with the sample volume, cooling media and PCM parameters. Afterwards, linear regression models were gathered for each material and one for both materials. The specific aim of the chapter is to get a step further into the supercooling understanding and prediction, in order to efficiently design LHTES systems to be used with materials that show supercooling.Finally, regarding the storage system a shell and tubes heat exchanger is studied in order to evaluate the use of devices already commercially available the use as latent heat energy storage LHTES devices. The first objective was to get a deeper understanding of the thermal behavior of the device. The characterization was performed using RT60 paraffin as PCM inside the shell, a well known commercial material, to assure the reproducibility of the results, and water as heat transfer fluid in the tubes. Several flow rates and temperature ranges were used to obtain a greater scope of the operation of the device as LHTES. The work included the determination of the thermal losses, and the study of charging and discharging cycles, initial and final temperatures and flow rates.; La technologie de stockage de l'énergie thermique par chaleur latente (LHTES) est abordée en travaillant à la fois sur les matériaux à changement de phase MCP utilisés et sur les systèmes de stockage techniquement et économiquement viables pour leur intégration dans les bâtiments. En ce qui concerne le matériau MCP, un mélange eutectique d'urée et de nitrate de sodium a été précédemment identifié comme un bon candidat pour les applications eau chaude sanitaire et chauffage. L'un des principaux objectifs de la thèse de doctorat était la caractérisation de ces aspects pour évaluer l’utilisation à long terme du mélange eutectique d'urée et de nitrate de sodium comme MCP. L'étude du matériau comprend le développement de méthodologies qui sont plus représentatives de son utilisation dans l'application finale que celles traditionnellement rencontrées pour la caractérisation des MCP. La caractérisation de l'hygroscopicité ou de l'absorption d'eau du mélange eutectique d'urée et de nitrate de sodium a été réalisée dans différentes conditions. Une méthode de préparation des échantillons et des conditions de manipulation sont proposées pour éviter l'absorption d'eau du mélange.La dégradation thermique du mélange eutectique d'urée et de nitrate de sodium a été évaluée en étudiant le comportement thermo-physique après un temps d'exposition à températures élevées. Des mesures DSC ont été effectuées pour déterminer la variation des propriétés directement liées au stockage de l'énergie thermique du MCP et à sa stabilité à long terme. En outre, les produits obtenus lors de la dégradation et leur influence sur la variation des propriétés du MCP ont été étudiés.Le mélange eutectique a montré une ségrégation imprévue à des températures supérieures au point de fusion lors des cycles de fusion et de solidification. Plusieurs tests ont été effectués, notamment le cyclage thermique, la diffraction par rayons X des phases due à la ségrégation, DSC après la redissolution de ces phases dans le matériau liquide et la microscopie (PLM et MEB) d'échantillons refroidis dans différentes conditions. Les expériences ont permis d'établir une relation entre les conditions de fonctionnement, et les structures cristallines résultantes qui expliquent la ségrégation de phase dans le mélange eutectique, et la manière de la réduire et d'inverser le processus.L'étude de la surfusion comprenait l'utilisation de deux MCPs : l’eutectique urée - nitrate de sodium et le PEG 10000. Les expériences ont été réalisées dans différentes conditions: des récipients de géométrie et de volume différents, diverses vitesses de refroidissement et divers fluides de transfert thermique. Les résultats ont servi à évaluer la relation entre le degré de surfusion et les paramètres associés. Après, des modèles de régression linéaire ont été définis pour chaque matériau puis pour les deux matériaux. L'objectif spécifique de ce chapitre est de faire un pas de plus dans la compréhension et la prédiction de la surfusion, afin de concevoir efficacement des systèmes LHTES utilisant des matériaux qui peuvent présenter une surfusion.Enfin, en ce qui concerne le système de stockage, un échangeur de chaleur à tubes-calandre est étudié afin d'évaluer l'utilisation de ce type de dispositifs déjà commercialisés comme dispositifs de stockage de l'énergie thermique latente (LHTES). Le premier objectif était de mieux comprendre le comportement thermique de l’échangeur. L’étude a été réalisée en utilisant, dans la calandre, de la paraffine RT60 comme MCP, un matériau commercial bien connu assurant ainsi la reproductibilité des résultats, et de l'eau comme fluide de transfert de chaleur dans les tubes. Plusieurs débits et plages de température ont été envisagés pour réaliser l’étude complète du fonctionnement de l’échangeur. Le travail a inclus la détermination des pertes thermiques et l'étude des cycles de charge et de décharge avec différentes températures initiales et finales et différents débits.

Ceci est le deuxième rapport du projet «diagnosTIC», faisant suite à notre état des lieux sur le numérique au Québec et au Canada. L’étendue géographique n’est plus centrée sur la ville de Montréal, mais s’étend au Canada au complet, tout en transposant les chiffres à l’échelle du Québec. Les impacts des technologies de l’information et de la communication (TIC) sont aussi calculés pour le monde entier, car le numérique est intrinsèquement mondialisé, et cela fournit un cadre de comparaison pour les chiffres nationaux. Le but est de quantifier le numérique à ces trois niveaux, en présentant des métriques environnementales (émissions de GES, épuisement des ressources …), mais aussi d’autres indicateurs pertinents, comme l’énergie utilisée ou la quantité d’appareils par exemple. C’est la première fois à notre connaissance qu’un tel inventaire est réalisé à l’échelle du Canada ou du Québec, et vient compléter les rapports déjà publiés pour l’échelle mondiale , ou pour le cas de la France par exemple.

Nowadays SBEMS are suffering from a lack of effective smart architecture offering adaptability versus use-case contexts while benefiting from market-availability of a huge number of technological and devices’ choices. Dealing with the smart building energy management system (SBEMS), this thesis focus more particularly on designing the architecture of SBEMS, the development of the two most important of its subsystems (namely, lighting system and heating system) and evaluation of those systems through their effective implementation. The objective of present doctoral investigation is to present an energy-efficient SBEMS taking advantage from ambient intelligence and artificial intelligence concept and techniques. To carry out such an architecture, a multi-layer architecture with market-available technologies is presented. Compatible with most of the available technologies in the market, the proposed architecture has been integrated within a real five-floor building serving as a research platform for developing the subsystems of SBEMS. The development of two aforesaid subsystems is studied separately.Concerning the lighting system, in order to cope with energy-decrease an adaptive lighting-elements’ control strategy taking advantage from as well lighting-elements’ placement in space as the space-users’ presence is presented. The proposed lighting system uses various methods and advanced lighting technology in order to adaptively control lighting elements versus their effective locations within the concerned living-spaces. The proposed lighting system is highly energy-efficient and adaptive to different lighting conditions. The evaluation and validation results show the effectiveness of the proposed approach, reaching over 70% lighting energy reduction with same user’s comfort.Concerning the heating systems, the analysis of the main proposed SBEMS leaded to fact that the most of already advanced developed heating control systems remain either in a prototype state (because of their relatively complex implementation requirements) or require very specific technologies not implementable in most of existing buildings. On the other hand, the above-mentioned analysis has also pointed out that the most of SBEMS deploy quite very basic heating-control strategies limited to quite simplistic pre-designed use-cases’ scenarios. In the present doctoral thesis, we propose a heating-control strategy taking advantage from the overall identification of the heating-space as taking advantage from consideration of the heating-space users’ presence: as additional thermal sources. To handle this, space heating dynamics are identified using time series prediction techniques with Machine-Learning approaches supporting an adaptive controller operating on the basis of Soft-Computing (bio-inspired artificial intelligence) techniques. The carried out studies and experimental validations illustrate the effectiveness of the proposed approaches in enhancement of energy-saving and user comfort in SBEMS., Aujourd'hui, les systèmes de gestion d’énergie des bâtiments intelligents (SGEBI) souffrent d'un manque d'architectures intelligentes efficaces offrant une adaptabilité aux contextes d'utilisation, tout en bénéficiant de la disponibilité sur le marché d'un grand nombre de choix technologiques et d'appareils connectés. Focalisant SGEBI, la présente thèse porte plus particulièrement sur la conception d’une architecture du SGEBI, le développement des deux plus importants de ses sous-systèmes (à savoir, le système d'éclairage et le système de chauffage) et l'évaluation de ces systèmes à travers leur mise en œuvre effective. L'objectif de la présente recherche doctorale est de présenter un SBEMS économe en énergie tirant partie des concepts et des techniques de l’intelligence ambiante et de l'intelligence artificielle. Pour réaliser une telle architecture, une architecture multicouche avec des technologies disponibles sur le marché est présentée. Compatible avec la plupart des technologies disponibles sur le marché, l'architecture proposée a été intégrée dans un véritable bâtiment de cinq étages servant de plateforme de recherche pour développer les sous-systèmes de SGEBI. Le développement de deux sous-systèmes précités est étudié séparément.En ce qui concerne le système d'éclairage, afin de réaliser la diminution de l'énergie, une stratégie de contrôle adaptatif des éléments d'éclairage tirant partie à la fois du placement des éléments d'éclairage dans l'espace concerné et de la présence des utilisateurs dans cet espace a été proposée. Le système d'éclairage proposé utilise diverses méthodes et technologies d'éclairage avancées afin de contrôler de manière adaptative les éléments d'éclairage en fonction de leur emplacement effectif dans les espaces concernés. Le système d'éclairage proposé est très économe en énergie et s'adapte à différentes conditions d'éclairage. Les résultats de l'évaluation et de la validation montrent l'efficacité de l'approche proposée, avoisinant 70% de réduction de l'énergie d'éclairage avec le même confort d'utilisation.En ce qui concerne les systèmes de chauffage, l'analyse des principaux SGEBI proposés a conduit au constat que la plupart des systèmes de contrôle de chauffage avancés déjà développés restent soit à l'état du prototype (en raison de leurs exigences de mise en œuvre relativement complexes), soit nécessitent des technologies très spécifiques non implantables dans la plupart des bâtiments existants. D’un autre côté, le même analyse a également montré que la plupart des SGEBI déploient des stratégies de contrôle du chauffage assez basiques, limitées à des scénarios d’utilisation prédéfinis assez simplistes. Dans la présente thèse doctorale, nous proposons une stratégie de régulation du chauffage tirant partie de l'identification globale de l'espace de chauffage comme tirant partie de la prise en compte de la présence des utilisateurs de l'espace de chauffage concerné : comme sources thermiques supplémentaires. Pour réaliser cela, la dynamique du chauffage des locaux est identifiée à l'aide de techniques de prédiction basées sur les séries temporelles avec des approches tirant bénéfice d'apprentissage artificiel et un contrôleur adaptatif fonctionnant sur la base de techniques issues du concept du « calcul tolèrent » (l’intelligence artificielle bio-inspirée).Les études et les validations expérimentales réalisées illustrent l'efficacité des approches proposées dans l'amélioration de l’économie d'énergie et du confort des utilisateurs dans SGEBI.

QUB is a dynamic in-situ thermal characterization test method that has the potential to be conducted in a short duration of one to two nights. The robustness of QUB method with uncertainty in power level (during QUB heating phase), uncertainty in overall heat transfer coefficient at steady state, H_ref, and the outdoor temperatures a function of seasons needs to be established for real buildings.A dynamic state-space model is developed in this thesis to simulate QUB experiments. The state-space modelling involves generating a thermal circuit for each component of the building (walls, fenestration, ventilation system, etc.). The thermal circuits are then assembled to generate a single circuit for the entire building. The state-space model developed, is validated using thermal characteristics and measured data of a full-scale house (the twin house) provided by IEA EBC Annex 58. The numerical simulations of the QUB experiments on a house show that the method has only slight variation with uncertainty in power; for example, 30% error in optimum power can cause an error within 3 % of the reference value. A posteriori error analysis is performed by simulating QUB experiments in situations in which the real envelope has different characteristics than those assumed in the design of the experiment for QUB method. These results are then compared with a priori errors, a situation in which QUB experiments are performed with the knowledge of the real envelope. The error analysis shows that with 50 % error in the overall heat transfer coefficient (i.e. missing wall insulation situation), the QUB method results in an increased error of only 3¬¬ %. The precision of QUB method was tested also with the variation of solar radiation. QUB results on cloudy days show lesser variation as compared to sunny days. It was shown that the heat transfer from the delayed solar radiations entering through the walls of the building has an effect on the temperature evolution during the QUB experiment. This can lead to an increased error in QUB method. The QUB experiments are simulated during summer and winter to determine the impact of seasons on the accuracy of the method. The winter season shows more robust results as compared to summer months. The summer months show larger variation of results. It is verified that the large variation are due to small temperature difference between indoor and outdoor conditions during some of the summer nights. The experiments in summer season can be improved by increasing the set point temperature before the QUB experiment.; QUB est une méthode d'essai de caractérisation thermique in situ dynamique qui a le potentiel d'être menée sur une courte durée d'une à deux nuits. La robustesse de la méthode QUB avec l'incertitude du niveau de puissance (pendant la phase de chauffage QUB), l'incertitude du coefficient de transfert de chaleur global à l'état d'équilibre, H_ref, et les températures extérieures en fonction des saisons doivent être établies pour les bâtiments réels. Un modèle dynamique d'état-espace est développé dans cette thèse pour simuler des expériences QUB. La modélisation espace-état consiste à générer un circuit thermique pour chaque composant du bâtiment (murs, fenestration, système de ventilation, etc.). Les circuits thermiques sont ensuite assemblés pour générer un seul circuit pour l'ensemble du bâtiment. Le modèle d'espace d'état développé, est validé à l'aide des caractéristiques thermiques et des données mesurées d'une maison à grande échelle (la maison jumelle) fournies par l'annexe 58 de l'IEA EBC. Les simulations numériques des expériences QUB sur une maison montrent que la méthode ne présente que de légères variations avec une incertitude de puissance; par exemple, une erreur de 30% de la puissance optimale peut provoquer une erreur à moins de 3% de la valeur de référence. Une analyse d'erreur a posteriori est effectuée en simulant des expériences QUB dans des situations où l'enveloppe réelle a des caractéristiques différentes de celles supposées dans la conception de l'expérience pour la méthode QUB. Ces résultats sont ensuite comparés à des erreurs a priori, une situation dans laquelle des expériences QUB sont effectuées avec la connaissance de l'enveloppe réelle. L'analyse des erreurs montre qu'avec une erreur de 50% du coefficient de transfert de chaleur global (c'est-à-dire une situation d'isolation de paroi manquante), la méthode QUB entraîne une erreur accrue de seulement 3¬¬%. La précision de la méthode QUB a également été testée avec la variation du rayonnement solaire. Les résultats QUB les jours nuageux montrent une variation moindre par rapport aux jours ensoleillés. Il a été démontré que le transfert de chaleur des radiations solaires retardées pénétrant à travers les murs du bâtiment a un effet sur l'évolution de la température au cours de l'expérience QUB. Cela peut entraîner une augmentation de l'erreur dans la méthode QUB. Les expériences QUB sont simulées pendant l'été et l'hiver pour déterminer l'impact des saisons sur la précision de la méthode. La saison d'hiver montre des résultats plus robustes que les mois d'été. Les mois d'été montrent une plus grande variation des résultats. Il est vérifié que la grande variation est due à une petite différence de température entre les conditions intérieures et extérieures pendant certaines des nuits d'été. Les expériences en saison estivale peuvent être améliorées en augmentant la température de consigne avant l'expérience QUB.

Body Sensor Networks (BSNs) are formed of medical sensors that gather physiological and activity data from the human body and its environment, and send them wirelessly to a personal device like Personal Digital Assistant (PDA) or a smartphone that acts as a gateway to health care. Collaborative Body Sensor Networks (CBSNs) are collection of BSNs that move in a given area and collaborate, interact and exchange data between each other to identify group activity, and monitor the status of single and multiple persons.In both BSN and CBNS networks, sending data with the highest Quality of Service (QoS) and performance metrics is crucial since the data sent affects people’s life. For instance, the sensed physiological data should be sent reliably and with minimal delay to take appropriate actions before it is too late, and the energy consumption of nodes should be preserved as they have limited capacities and they are expected to serve for a long period of time. The QoS in BSNs and CBSNs largely depends on the choice of the Medium Access Control (MAC) protocols, the adopted routing schemes, and the efficient and accuracy of anomaly detection.The current MAC, routing and anomaly detection schemes proposed for BSNs and CBSNs in the literature present many limitations and open the door toward more research and propositions in these areas. Thus this thesis work focuses on three main axes. The first axe consists in studying and designing new and robust MAC algorithms able to address BSNs and CBSNs' challenges. Standard MAC protocols are compared in high traffic BSNs and a new MAC protocol is proposed for such environments; then an emergency aware MAC scheme is presented to address the dynamic traffic requirements of BSN in ensuring delivery of emergency data within strict delay requirements, and energy efficiency of nodes during regular observations; moreover, a traffic and mobility aware MAC scheme is proposed for CBSNs to address both traffic and mobility requirements for these networks.The second axe consists in proposing a thorough and efficient routing scheme suitable for BSNs and CBSNs. First, different routing models are compared for CBSNs and a new routing scheme is proposed in the aim of reducing the delay of data delivery, and increasing the network throughput and the energy efficiency of nodes. The proposed scheme is then adapted to BSN's requirements to become a solid solution for the challenges faced by this network. The third axe involves proposing an adaptive sampling approach that guarantees high accuracy in the detection of emergency cases, while ensuring at the same time high energy efficiency of the sensors.In the three axes, the performance of the proposed schemes is qualitatively compared to existing algorithms in the literature; then simulations are carried a posteriori with respect to different performance metrics and under different scenarios to assess their efficiency and ability to face BSNs and CBSNs' challenges.Simulation results demonstrate that the proposed MAC, routing and anomaly detection schemes outperform the existing algorithms, and present strong solutions that satisfy BSNs and CBSNs' requirements., Les réseaux de capteurs corporels (RC2) sont constitués de bio-capteurs à faibles ressources énergétiques et de calcul. Ils collectent des données physiologiques du corps humain et de son environnement, et les transmettent à un coordinateur comme le PDA (Personal Digital Assistant) ou un smartphone, pour être acheminé ensuite aux experts de santé. Les réseaux de capteurs corporels collaboratifs (RC3) sont une collection de RC2 qui se déplacent dans une zone donnée et collaborent,interagissent et échangent des données entre eux pour identifier l'activité du groupe et surveiller l'état individuel et collectif des participants. Dans les réseaux RC2 et RC3, l'envoi de données de manière fiable tout en assurant une bonne Quality of Service (QoS) et une latence de données optimisée est crucial, vu la sensibilité des données collectées. La QoS dans ce type de réseaux dépend en grande partie du choix des protocoles de contrôle d'accès MAC (Medium Access Control) et des protocoles de routage, de l'efficacité énergétique, de la précision et de la détection des anomalies.Les protocoles existants dans la littérature et proposés pour les RC2et RC3 présentent de nombreuses limites au niveau de la latence de données, de la fiabilité, et de la détection de pannes. Le travail présenté dans cette thèse a trois objectifs principaux. Le premier consiste à étudier et concevoir de nouveaux algorithmes pour la couche MAC, robustes et capables de répondre aux défis de RC2 et RC3. Pour cela, nous avons conçu un nouveau protocole MAC qui prend en considération le trafic élevé et les contraintes de ressources dans ces types de réseaux, ainsi que la latence des données et l'urgence de relayer les informations sensibles. Le deuxième objectif consiste à proposer des protocoles de routage efficaces en termes de consommation d'énergie et de calcul, adaptés aux RC2 et RC3. Le troisième objectif est dédiée à l'étude d'un algorithme d’échantillonnage de données permettant de réduire la quantité de données collectées et transmises dans le réseau, sans perte d'information. Notre approche garantit la détection et l'envoi d'information en cas d'urgence tout en optimisant la consommation énergétique des nœuds. Pour montrer l'efficacité de nos approches, nous les avons testées dans un environnement de simulation OPNet dédié aux réseaux de capteurs et nous les avons comparées à plusieurs protocoles existants. Les résultats obtenus montrent l'efficacité de ces protocoles en termes d'optimisation de la consommation d'énergie, de latence et d'intégrité des données, et de détection d'anomalies.

Massive machine-type communication (mMTC) is one of the main services delivered by the 5G mobile network. mMTC represents a major challenge for 5G network since it is characterized by a large number of low complexity devices thats end small data packets. Moreover, mMTC devices are often battery-powered, and the battery is expected to operate for long periods without being recharged or replaced. Traditional cellular networks, which are designed for human communications, are not energy efficient for this type of service. To address this problem, in this thesis, we study the use of Device-to-Device(D2D) relaying as a complementary transmission. In this approach, the mMTC device can transmit its data using a nearby UE as a relay. First, we calculate the energy consumed in each phase of the communication process for a device located at the cell border that uses LTE-Mtechnology. Then, using a simple model, we compare the energy consumption of cellular and D2D transmission modes, and we determine the optimal relay location. Through the use of stochastic geometry, we analyze the performance of D2D communication with ARQ and CC-HARQ with regard to the transmission success probability, the average number of transmissions, and MTD energy consumption. Finally, we propose an energy-efficient D2D relaying mechanism suitable for mMTC applications thanks to its easy implementation. This mechanism uses a distributed relay selection approach, which prioritizes the selection of the user equipments (UEs) with the best channel qualities. Moreover, we present a tractable model to evaluate the performance of our mechanism.; Les communications massives pour l’Internet des objets sont l'un des principaux services fournis par le réseau mobile de cinquième génération (5G). L’Internet des objets (IoT) représente un défi majeur pour les réseaux cellulaires car il se caractérise par un grand nombre d'objets connectés de faible complexité qui envoient de petits paquets de données. Ces objets connectés sont souvent alimentés par batterie, cette batterie devant fonctionner pendant de longues périodes sans avoir besoin d’être rechargée ou remplacée. Les réseaux cellulaires traditionnels, conçus pour les communications humaines, et pas assez économes en énergie, ne sont pas adaptés à ce type de service. Pour résoudre ce problème, dans cette thèse, nous étudions l'utilisation d’un équipement utilisateur de type smartphone comme relais pour transmettre les données de l’objet connecté à proximité. Ce mécanisme est appelé relayage D2D (Device-to-Device). Notre première étude a consisté à évaluer l'énergie consommée par l’objet connecté dans chaque phase du processus de communication lorsqu’il est localisé en bordure de cellule pour la technologie LTE-M. Ensuite, à l'aide d'un modèle simple, nous avons comparé la consommation d'énergie des modes de transmission cellulaire et D2D, et déterminé la localisation optimale du relais. Grâce à l'utilisation de la géométrie stochastique, nous avons ensuite analysé les performances d’une communication D2D utilisant les mécanismes de répétitions ARQ et CC-HARQ en termes de consommation d'énergie. Enfin, nous avons proposé un mécanisme de relayage D2D adapté aux applications IoT, en termes de complexité d’implémentation et de consommation d’énergie. Ce mécanisme utilise une approche de sélection de relais distribuée, qui priorise la sélection des relais bénéficiant des meilleures qualités de canal.

Today's Wireless Sensors Networks (WSNs) are becoming more mobile and are often deployed in harsh environments. These networks must be autonomous with light maintenance and having an optimized lifetime. Moreover, these networks suffer from interferences between these different technologies (cross) or within the same technology (mutual).The aim of this thesis is to ensure wireless communications the Internet of Things (IoT) with high reliability, energy-efficiency and robustness to interferences by efficiently exploiting the characteristics of last generation transceivers within a communication protocol stack.During this thesis, we propose to study channel and interference aware communication protocols for both self-deployment of WSNs in restrictive and constrained environment and energy efficient optimization.We will focus on a static approach in the context of the network deployment automation in restrictive and constrained environments. The protocol will detect, characterize and adapt to channel conditions to optimize the link budget of each link and then diagnostic the deployment.; Aujourd’hui, les réseaux sans fils sont de plus en plus mobiles et sont déployés dans des environnements souvent très contraignants. Ces réseaux doivent être autonomes avec peu de maintenance et avoir une durée de vie optimisée. De plus, ces réseaux souffrent d’interférence entre les différentes technologies (cross) ou au sein de la même technologie (mutual). L’objectif de cette thèse est de garantir des communications sans fils pour l’internet des Objets (IoT) ultra-fiables, efficaces énergétiquement et robustes aux interférences en exploitant efficacement les caractéristiques des nouvelles radios au sein d’une pile protocolaire de communication.Durant cette thèse, nous proposons d’étudier de nouveaux protocoles de communication adaptatifs aux conditions du canal et d’interférence visant à la fois l’auto-déploiement de réseaux de capteurs dans des environnements contraignants et l’optimisation de la durée de vie du réseau dans des environnements contraignants.Nous nous concentrerons sur une approche statique dans le cadre de l’automatisation du déploiement de réseaux dans des environnements contraignants. Le protocole détectera, caractérisera et s’adaptera aux conditions du canal (pseudo statique) pour optimiser le bilan de liaison de chaque lien puis diagnostiquera le déploiement.

Today's Wireless Sensors Networks (WSNs) are becoming more mobile and are often deployed in harsh environments. These networks must be autonomous with light maintenance and having an optimized lifetime. Moreover, these networks suffer from interferences between these different technologies (cross) or within the same technology (mutual).The aim of this thesis is to ensure wireless communications the Internet of Things (IoT) with high reliability, energy-efficiency and robustness to interferences by efficiently exploiting the characteristics of last generation transceivers within a communication protocol stack.During this thesis, we propose to study channel and interference aware communication protocols for both self-deployment of WSNs in restrictive and constrained environment and energy efficient optimization.We will focus on a static approach in the context of the network deployment automation in restrictive and constrained environments. The protocol will detect, characterize and adapt to channel conditions to optimize the link budget of each link and then diagnostic the deployment.; Aujourd’hui, les réseaux sans fils sont de plus en plus mobiles et sont déployés dans des environnements souvent très contraignants. Ces réseaux doivent être autonomes avec peu de maintenance et avoir une durée de vie optimisée. De plus, ces réseaux souffrent d’interférence entre les différentes technologies (cross) ou au sein de la même technologie (mutual). L’objectif de cette thèse est de garantir des communications sans fils pour l’internet des Objets (IoT) ultra-fiables, efficaces énergétiquement et robustes aux interférences en exploitant efficacement les caractéristiques des nouvelles radios au sein d’une pile protocolaire de communication.Durant cette thèse, nous proposons d’étudier de nouveaux protocoles de communication adaptatifs aux conditions du canal et d’interférence visant à la fois l’auto-déploiement de réseaux de capteurs dans des environnements contraignants et l’optimisation de la durée de vie du réseau dans des environnements contraignants.Nous nous concentrerons sur une approche statique dans le cadre de l’automatisation du déploiement de réseaux dans des environnements contraignants. Le protocole détectera, caractérisera et s’adaptera aux conditions du canal (pseudo statique) pour optimiser le bilan de liaison de chaque lien puis diagnostiquera le déploiement.

Cluster-based multi/many-core platforms represent promising solutions to deliver high computing performance and energy efficiency in modern embedded systems. These platforms often support per-cluster Dynamic Voltage/Frequency Scaling (DVFS), allowing different clusters to change their own v/f levels independently. The increasing application complexity and application dynamism on such platforms arise the need for run-time management. This dissertation focuses on the run-time management of applications on cluster-based multi/many-core systems to improve energy efficiency.Towards the run-time management purpose this dissertation presents different management strategies that estimate the mutual influence between application mapping and cluster v/f configurations to respectively achieve local optimization within a cluster and global optimization in the overall system. The proposed management strategies can achieve near-optimal management solutions with less strategy complexity compared to state-of-the-art strategies. In addition, this dissertation presents a new modelling and simulation approach that allows the evaluation of run-time management strategies in multi/many-core systems to guarantee that system constraints are fully met. The proposed simulation approach is validated using an industrial modelling and simulation framework.; Les plates-formes multi/multi-cœurs organisées en clusters représentent des solutions prometteuses pour fournir des performances de calcul élevées et une efficacité énergétique optimisée dans les systèmes embarqués modernes. Ces plates-formes prennent souvent en charge la gestion dynamique tension/fréquence (DVFS) par cluster, ce qui permet à différents clusters de modifier leurs propres niveaux tension/ fréquence indépendamment. La complexité et le dynamisme croissants des applications sur ces plates-formes rendent nécessaire la gestion en ligne des ressources. Ce mémoire se concentre sur les méthodes de gestion en ligne des applications sur des systèmes multi/multi-cœurs en cluster pour améliorer l'efficacité énergétique. Cette thèse présente différentes stratégies de gestion qui permettent d'estimer l'influence mutuelle entre l'allocation des applications et la configuration en tension/fréquence des clusters afin d'obtenir respectivement une optimisation locale au sein d'un cluster et une optimisation globale dans l'ensemble du système. Les stratégies proposées permettent d'obtenir des solutions de gestion optimisées avec moins de complexité que les stratégies existantes. De plus, cette thèse présente une nouvelle approche de modélisation et de simulation qui permet d'évaluer les stratégies de gestion en ligne dans les systèmes multi/multi-cœurs pour garantir que les contraintes du système sont pleinement respectées. L'approche de simulation proposée est validée à l'aide d'un cadre de modélisation et de simulation industrielle.