Étude du bruit de procédé et de mesure pour des systèmes avec contrôleurs commutants dans un cadre scalaire et stationnaire

Les procédés chimiques sont constamment soumis à la variabilité des conditions d'opération, par exemple: la concentration des réactifs, l'activité des catalyseurs, etc. Il en résulte que les produits de ces réactions exhibent une certaine variabilité. Cette variabilité a un coût puisque si les caractéristiques d'un produit dépassent certaines contraintes, il devient un risque litigieux s'il est vendu au client. Une des façons de calculer le coût de la variabilité implique l'utilisation des fonctions de densité de probabilité(FDP). Dans un autre ordre d'idées, les contrôleurs commutants sont fréquemment utilisés dans l'industrie pour des scénarios où il y a une contrainte à ne pas dépasser. Par conséquent, l'objectif de cette thèse est l'analyse des FDP produites par des contrôleurs commutants avec des procédés bruités. Le premier objectif a été de développer une expression analytique de la FDP d'un système bruité avec un contrôleur commutant avec l'aide de l'équation de Fokker-Planck-Kolmogorov (FPK). Cette expression analytique a été ensuite appliquée à un exemple de formage de FDP. Ainsi, deux types de non-linéarités ont pu être comparés. Il en résulte que le contrôleur commutant est plus robuste qu'un contrôleur polynomial (où la variable manipulée est une fonction polynômiale de l'écart entre le point de consigne et l'état), mais il ne peut émuler des FDP complexes (comme des bimodales). Le deuxième objectif a été d'obtenir une expression analytique d'un contrôleur commutant pour un système avec bruit de mesure. La difficulté du problème réside dans le fait que le bruit de mesure entre de façon non linéaire dans le système. Par conséquent, l'équation de FPK ne peut être utilisée directement. Il a fallu développer une nouvelle méthode analogue à une approximation de Taylor, mais stochastique. Ce qui donne une expression analytique qui doit être résolue numériquement, diminuant considérablement le temps pour obtenir une FDP comparé au temps d'une simulation de Monte-Carlo. Cette expression analytique a été validée et il a été possible d'analyser certains effets du système sur la FDP, le plus important étant que le bruit de mesure avec un contrôleur non linéaire induit une translation de la FDP. Le troisième objectif est d'analyser l'optimalité d'une FDP asymétrique face à une FDP symétrique. Il a été plutôt prouvé qu'une FDP symétrique n'est pas optimale sous certaines conditions. Cela veut dire que sous certaines conditions, un contrôleur non linéaire asymétrique va donner de meilleurs résultats qu'un contrôleur symétrique. Ces trois conditions sont la présence de bruit de procédé, l'asymétrie de la fonction coût et la présence de la variable manipulée dans la fonction à minimiser. Si une de ces conditions n'est pas respectée, alors le contrôleur symétrique redevient optimal. Le quatrième objectif est l'extension du troisième objectif avec du bruit de mesure. Le problème est que l'expression analytique n'est pas intégrable comme dans le cas précédent. Alors, seulement les résultats des résolutions numériques des expressions développées sont utilisées. Ceux-ci ont permis d'affirmer que ces mêmes conditions sont valables quand il y a du bruit de mesure. Cependant, l'utilisation d'un contrôleur asymétrique est moins avantageuse quand le bruit de mesure est élevé. Par la suite, l'optimalité du système a été testée sans la condition sur la variable manipulée. Il a été observé que le contrôleur asymétrique est optimal seulement s'il est possible qu'un des deux gains soit supérieur au gain à variance minimale, ce qui va à l'encontre des théorèmes mathématiques développés à propos de la variance minimale. Cela montre les limites de l'approximation développée. En conclusion, il a été possible de développer une expression analytique de la forme de la FDP d'un système avec un contrôleur commutant, et ce pour les cas sans et avec bruit de mesure. De plus, il a été possible de poser les conditions sous lesquelles un contrôleur asymétrique est optimal. ---------- Chemical processes are constantly submitted to the variability of the operating conditions, for example: reactants concentration, activity of the catalysts. It results that the reactions products also show variability. This variability has a cost since if the product concentration violates certain constraints, it becomes a litigious risk if it is sold to the customer. One of the methods to calculate the cost of variability necessitate the utilization of the probability density function (PDF). Switching controllers are used in the industry in scenarios where there are constraints to satisfy. Consequently, the objective of this thesis is the analysis of PDF produced by switching controllers with noisy processes. The first objective is to develop an analytical expression for a PDF of a system with process noise and a switching controller. It has been obtained with the Fokker-Planck-Kolmogorov(FPK) equation. This expression has been applied to an example of PDF shaping. Therefore, two types of non linearity were compared . It has came to light that the switching controller is more robust than a polynomial controller (where the manipulated variable is a function of a polynomial expression of the error), but it has difficulties to emulate complex PDF like a bimodal PDF. The second objective is to develop an analytical expression for a switching controller and a process and measurement noise. The difficulty of the problem comes from the fact that the measurement noise enters the system nonlinearly, meaning that the FPK equation cannot be used directly. It has been necessary to develop a method which is analog to the Taylor approximation but in a stochastic context. An analytical expression has been obtained, but it it has to be resolved numerically. It reduces considerably the computing time to obtain a PDF compared to the Monte-Carlo method. The analytical expression has been validated and it has been possible to analyze certain effects of the system on the PDF. The most important is that the measurement noise and a nonlinear controller will induce a translation of the PDF. The third objective is to analyze the optimality of an asymmetrical PDF vis-à-vis the a symmetrical one. It has been proved that, under certain conditions, a symmetrical PDF is not optimal, which means that under those same conditions, an asymmetrical controller will give better results than a symmetrical one. Those conditions are the presence of process noise, an asymmetrical cost function and this cost function has to take account of the manipulated variable. If one of those condition is absent, the symmetrical controller remains optimal. The fourth objective is the extension of the previous results to the case with measurement noise. The problem is that there was no analytical expression that could be used as previously. So, numerical solutions were used. They have allowed to affirm that the three conditions are also valid with measurement noise, but the measurement noise decrease the economical difference with the symmetrical controller. After, the manipulated variable has been removed to see if the switching controller remains optimal. It has been observed that the asymmetrical controller remains optimal only if one the the gain is higher than the minimum variance gain. Which goes against the minimum variance theory and shows the limits of the developed approach. In conclusion, it has been possible to develop an analytical expression of the shape of the PDF of a system with a switching controller, and this for the cases with and without measurement noise. It has been possible to obtain see the effects of the measurement noise like the shift, and also to pose conditions under a switching controller is optimal vis-à-vis a constant controller

The HIF1α/JMY pathway promotes glioblastoma stem-like cell invasiveness after irradiation

Human glioblastoma (GBM) is the most common primary malignant brain tumor. A minor subpopulation of cancer cells, known as glioma stem-like cells (GSCs), are thought to play a major role in tumor relapse due to their stem cell-like properties, their high resistance to conventional treatments and their high invasion capacity. We show that ionizing radiation specifically enhances the motility and invasiveness of human GSCs through the stabilization and nuclear accumulation of the hypoxia-inducible factor 1α (HIF1α), which in turn transcriptionally activates the Junction-mediating and regulatory protein (JMY). Finally, JMY accumulates in the cytoplasm where it stimulates GSC migration via its actin nucleation-promoting activity. Targeting JMY could thus open the way to the development of new therapeutic strategies to improve the efficacy of radiotherapy and prevent glioma recurrence.The authors thank members of the LRP for helpful discussions and are indebted to V. Barroca and the staff of the animal facilities and to N. Deschamps and J. Baijer for cell sorting. We also thanks I. Naguibneva for the gift of the pTRIP shHIF1α plasmid. MS is the recipient of a doctoral fellowship from the Ministère de la Recherche. This work was supported by grants from CEA (Segment Radiobiologie), La Ligue contre le Cancer (Comité d’Ile de France), Electricité de France (EDF), Fondation de France (N° Engt: 2013-00042632) and Ramón y Cajal program (RYC-2013-13450)

Optimisation du coût de la variabilité via formage de fonction de densité de probabilité par contrôleur commutant

Recensement des connaissances scientifiques -- Concepts mathématiques -- Coût de la variabilité -- Fonctions de densité de probabilité -- Formage de fonction de densité de probabilité -- Formage de FDP dynamique -- Formage de fonction de densité de probabilité statique -- Variance minimale et maximale -- Comparaison entr la méthode utilisant G-C et celle de ce projet -- Exemple avec procédé de Van de Vusse -- Démarche suivie -- Fonction économique -- Fonction de densité de probabilité désirée -- Contr%5Eleur et résultats -- Analyse de sensibilité sur les paramètres -- Amélioration de la stratégie de formage -- Retour sur le coût de la variabilité -- Contributions scientifiques

Environnement interopérable distribué pour les simulations numériques avec composants CAPE-OPEN

La complexité des applications numériques de calcul scientifique ne cesse de croître. Cette difficulté revêt alors deux formes. La première est une complexité logicielle qui nécessite l'intégration de divers codes de calcul toujours plus sophistiqués et spécialisés à la simulation de phénomènes physiques complexes. La seconde forme de complexité est calculatoire où les composants de calcul nécessitent toujours plus de ressources et de capacité de stockage afin de modéliser, entre autres, les phénomènes au plus proche de la physique réelle . Dans le domaine de la simulation des procédés assistée par ordinateur, la complexité logicielle est masquée par le standard CAPE-OPEN qui répond aux besoins d'intégration de codes tiers. Il propose des spécifications d'interfaces, basées sur une approche par composants logiciels tels que DCOM ou CORBA. Cette thèse apporte une solution à la complexité calculatoire. Pour cela, nous étudions le problème de la distribution de la charge de calcul des simulations des procédés sur des architectures de type grappe de calcul dont les composants sont au standard CAPE-OPEN. Une exécution distribuée performante requiert la distribution des activités concurrentes de l'application tout en minimisant le volume de données à échanger via le support de communication. Dans ce contexte, nous présentons une analyse fine du schéma d'exécution des simulations de procédés qui conduit à la conception de deux environnements distribués d'exécution. Le premier nous a permis de quantifier le gain atteignable sur une grappe de calcul à travers la simulation de plusieurs cas tests métier. Toutefois, les contraintes technologiques industrielles se sont avérées peu propices à l'implémentation d'un environnement distribué visant à s'approcher de l'optimal. Par conséquent, la définition d'un second prototype basé sur le moteur exécutif KAAPI a été mené à bien. Afin de répondre à nos besoins, nous l'avons étendu aux techniques statiques d'exécution. Fort de cet environnement, nous avons entrepris d'étudier différentes politiques d'ordonnancement. L'environnement KAAPI couplé à notre extension ouvre de larges perspectives d'études dans le cadre plus large des applications numériques de calcul scientifique.The complexity of numerical simulations has constantly grown by means of software and computation purposes. The former, the software complexity, is arising from specialized codes which aim at simulating complex physical phenomena. The latter, the computation complexity, is of general concern regarding scientific applications because approaching "real" physical behaviour requires more and more storage and power capacities. The CAPE-OPEN standard, in the process simulation area, provides a solution to the needs of tierce codes integration by hiding software complexity. As a consequence, interface specifications are set and software components such as DCOM or CORBA are used. In this work, we study the problem of computation load distribution over clusters which software components are CAPE-OPEN compliant. An efficient distributed execution needs to share concurrent activities from the application while minimizing exchanged data loads through the network. In this context, we present a tightly analysis of process simulations computational scheme that leads to the implementation of two computational distributed environments. The former is used to quantify the benefit on business test cases simulations over a cluster. Nevertheless, industrial technologies limit the optimization implementations necessary to reach the optimal. Then, the latter prototype has been implemented on top of KAAPI runtime. To come to our expectations, KAAPI is extended in order to manage "static" scheduling and various scheduling policies are studied. The KAAPI environment coupled with the extension that we develop is the first step to several experiments in the more general scope of numerical applications.GRENOBLE1-BU Sciences (384212103) / SudocSudocFranceF

Vulnérabilités et résilience au changement climatique en milieu urbain : vers de nouvelles stratégies de développement urbain durable ?

La littérature académique comme institutionnelle en matière de risques urbains a connu de substantiels développements au cours des dernières décennies, avec un changement progressif du regard porté sur la question des catastrophes « naturelles », notamment à la lumière du changement climatique. Ce phénomène simultanément planétaire, irréversible, et anthropogénique, qui multipliera et accentuera très vraisemblablement les événements catastrophiques d’origine météorologique tout autour de la planète, bouleverse profondément « l’archipel du danger » : après un stade de prise de conscience au tournant des 1990, marqué par le lancement de la Décennie Internationale de prévention des catastrophes naturelles (DIPCN) et du Groupe intergouvernemental d’experts sur le changement climatique (GIEC), un autre seuil a été franchi au tournant de ce siècle, caractérisé par le développement de risques systémiques d’une ampleur inégalée accompagnant la mondialisation des problèmes écologiques, sociaux, et économiques qui menacent gravement les posssibilités de développement durable. Du fait de ce bouleversement de perspectives, les travaux sur la question des risques naturels et climatiques, longtemps aléa-centrés, et par conséquent focalisés sur la question de l’atténuation des phénomènes eux-mêmes, se concentrentaujourd’hui davantage sur la question de l’atténuation des impacts et des vulnérabilités qu’ils révèlent. Beaucoup de travaux mettent alors l’accent sur les conditions biophysiques et socioéconomiques pouvant conduire à des situations de catastrophes et proposent donc le développement d’outils de diagnostic des vulnérabilités. Très peu, cependant, adoptent une approche territorialisée, centrée sur la ville, tentant de lier le fonctionnement et le développement urbain avec les vulnérabilités au changement climatique et les moyens de les réduire grâce à des stratégies d’adaptation adéquates.Face aux formes accentuées de risques que les sociétés urbaines contribuent à renforcer voire à créer en lien avec le changement climatique et ses impacts, c’est précisément ce manque d’attention accordé au couple vulnérabilité/adaptation que cette recherche s’est attachée à combler avec un triple objectif. En premier lieu, cette recherche revêt une dimension de théorisation et de conceptualisation visant à mieux définir et caractériser des notions fortement interdisciplinaires et transversales sur lesquelles les points d’achoppement scientifiques et les débats sont nombreux (vulnérabilité, résilience, adaptation, développement urbain durable…). En deuxième lieu, cette recherche vise à progresser dans la compréhension des impacts du changement climatique sur les systèmes anthropisés (vulnérabilité) et dans l’identification des facteurs qui déterminent la capacité de réponse des sociétés urbaines(résilience) face à ce méta-risque local qui redéfinit et redessine les autres risques et aléas. Enfin, en lien avec les objectifs écologiques, économiques et sociaux d’un développement urbain durable, cette recherche tente de formuler des pistes et propositions en vue de contribuer à l’émergence de stratégies d’adaptation et d’atténuation renouvelées, destinées à accroître la résilience urbaine face au changement climatique, en particulier des sociétés etdes territoires les plus vulnérables. L’enjeu est de participer à la construction des éléments qui composeront la ville durable de demain en proposant des éléments de réponse aux questions suivantes : A quelles conditions l’apparition ou l’exacerbation de vulnérabilités territoriales par le changement climatique peut-elle opérer comme un levier pour la prise en compte d’enjeux globaux dans l’action locale ? Comment penser les indispensables articulations, miseen cohérence, et coordination entre les actions d’atténuation et les actions d’adaptation dans une stratégie cohérente et intégrée aux préoccupations de développement urbain durable ? Comment adapter les dynamiques urbaines (formes, mobilité, planification, etc.) pour rendre les villes moins vulnérables aux évolutions climatiques et moins génératrices d’émissions de gaz à effet de serre (GES) ?Pour répondre à ces questions de recherche, les principales hypothèses formulées sont les suivantes :1) La question de l’articulation des différentes échelles spatio-temporelles (local/global, court terme/long terme) est une question particulièrement saillante dans l’étude des effets du changement climatique pour les territoires urbains et leur vulnérabilité (ou leur résilience) à ces impacts ;2) La perception des risques, leur acceptabilité sociale, la part des responsabilités globales (pressions anthropiques indirectes) et des responsabilités locales (pressions anthropiques directes) à des problèmes rencontrés sur les territoires, le gradient et la pertinence des réponses sont très variables suivant les interlocuteurs, les intérêts représentés, l’échelon territorial où l’on se situe ;3) L’amélioration de la résilience urbaine face aux évolutions climatiques passe par une meilleure compréhension de phénomènes complexes et interdépendants fondée sur une nouvelle approche, systémique et interdisciplinaire, de la ville et de la dialectique vulnérabilité/adaptation qui permette l’identification non seulement de l’ensemble des facteurs de vulnérabilité intrinsèques des systèmes urbains mais aussi de leurs interrelations en tenant compte notamment des effets de dominos, de seuils, et de rétroactions.Compte tenu des objectifs visés, la démarche adoptée dans cette recherche nous a conduits, en lien avec les enjeux de développement urbain durable, à envisager les concepts d'impacts du changement climatique et d'adaptation dans le cadre d’une analyse globale des vulnérabilités urbaines plus apte à comprendre la complexité des processus en question. Dans ce dessein, nous proposons une nouvelle vision des interactions entre les facteurs climatiqueset l’évolution des sociétés urbaines, fondée sur une approche interdisciplinaire en termes de vulnérabilité et de résilience/adaptation (capacités dynamiques de récupérer et de s’adapter face à un changement défavorable) et une représentation systémique afin d'éclairer les interdépendances complexes des systèmes sociaux, économiques et environnementaux et de mieux comprendre les différentes dynamiques qui participent à la fragilisation croissante dessociétés humaines. Cette recherche a ainsi été l’occasion d’explorer la façon dont les effets localisés du changement climatique se combinent sur les territoires aux autres dysfonctionnements, tensions et dégradations… et aux processus sociopolitiques pour donner aux politiques urbaines un caractère plus ou moins effectif, et en faire ou non un facteur d’accentuation de la vulnérabilité urbaine face aux risques climatiques. Car il ne suffit pas dedéfinir ou de constater la vulnérabilité urbaine pour en comprendre les ressorts. La vulnérabilité urbaine, qui est simultanément multidimensionnelle, multidisciplinaire et dynamique, n’est pas un concept simple à appréhender, surtout dans un contexte de changement climatique : d’une part, les impacts attendus des évolutions climatiques (et donc l’exposition future) sont marqués par une forte incertitude, surtout à l’échelle locale (évolution du climat moyen et/ou modification de la fréquence et de l’ampleur des événements extrêmes) ; d’autre part, il n’y a actuellement pas de consensus sur les déterminants de la résilience ou plus précisément de la capacité d’adaptation qui en est une des composantes, sachant que résilience et capacité d’adaptation sont largement contextuelles, ce qui freine les velléités de comparaison à grande échelle ; enfin, il n’y a pas davantage consensus sur la vulnérabilité elle-même et son lien à l’adaptation. Des limites des approches disciplinaires traditionnelles de représentation du couple vulnérabilité/adaptation fondées sur des relations de causalité linéaire, il nous est apparu indispensable de développer une approche interdisciplinaire et systémique pour réinterroger ce couple vulnérabilité/adaptation. On analyse ainsi comment le passage de la vulnérabilité urbaine au changement climatique aux réponses locales induit une chaîne de causalité complexe et non linéaire. Après avoir élaboré un schéma systémique du couple vulnérabilité/adaptation mettant en évidence des causalités circulaires et des boucles de rétroactions, nous montrons en quoi ce couple se situe d’emblée entre coévolution et incertitude. Ces questions théoriques ont des conséquences pratiques ou opérationnelles puisque les responsables locaux doivent composer avec les vulnérabilités de leur territoire au risque climatique, qui est devenu un nouvel enjeu pour la sécurité des biens et des personnes comme pour le devenir même des villes, et en tenir compte dans leurs politiques d’aménagement. La représentation du couple vulnérabilité/adaptation qu’ont en tête les responsables locaux n’esten effet pas sans incidence sur leur manière d’envisager leurs politiques locales de réponse au changement climatique. Il en est ressorti qu’une approche systémique était plus à même de contribuer à améliorer la résilience urbaine au travers de la formulation de stratégies d’adaptation et d’atténuation locales plus étroitement reliées et, qui plus est, intégrées à des politiques structurantes de développement urbain durable. Il apparaît toutefois, au vu des faits,que si le mot d’ordre de l’adaptation au changement climatique est de plus en plus intégré dans les discours des collectivités, il n’est encore que peu mobilisé dans les référentiels et stratégies d’actions. Bien que certaines incidences du changement climatique se manifestent déjà, la prise de conscience de la nécessité d’agir par les acteurs locaux commence à peine à s’opérer et les politiques en la matière n’en sont qu’à leurs balbutiements. C’est pourquoicette recherche, bien que volontairement focalisée sur la dimension d’« adaptation » au changement climatique, impliquait cependant de resituer les pratiques et stratégies d’adaptation dans le cadre d’une – éventuelle – « politique climat locale » et plus largement de développement urbain durable

Vulnérabilité et résilience aux changements climatiques en milieu urbain : vers de nouvelles stratégies de développement urbain durable ?

203p.Face aux formes accentuées de risques qui pèsent sur les espaces urbanisés et sur les sociétés urbaines en lien avec les changements climatiques et leurs impacts, l'objectif de cette proposition de recherche est triple. En premier lieu, ce projet revêt une dimension de théorisation et de conceptualisation visant à mieux définir et caractériser des notions interdisciplinaires et transversales fortement débattues (vulnérabilité, résilience, adaptation, développement urbain durable...). Ensuite, ce projet vise grâce à des enquêtes de terrain dans des villes du Nord comme du Sud à progresser dans la compréhension des impacts des changements climatiques sur les systèmes anthropisés et dans l'identification des facteurs qui déterminent la capacité de réponse des sociétés urbaines face aux risques environnementaux globaux tels que les changements climatiques. Enfin, en lien avec les objectifs d'un développement urbain durable, ce projet tentera de formuler des pistes et propositions en vue de contribuer à l'émergence de stratégies d'adaptation et d'atténuation renouvelées, destinées à accroître la résilience urbaine face aux changements climatiques. L'enjeu est de participer à la construction des éléments qui composeront la ville durable de demain en proposant des éléments de réponse aux questions suivantes : A quelles conditions l'apparition ou l'exacerbation de vulnérabilités territoriales par les changements climatiques peut-elle opérer comme un levier pour la prise en compte d'enjeux globaux dans l'action locale ? Comment penser les indispensables articulations, mise en cohérence, et coordination entre les actions d'atténuation et d'adaptation dans une stratégie cohérente et intégrée aux préoccupations de développement urbain durable ? Comment adapter les dynamiques urbaines pour rendre les villes moins vulnérables aux évolutions climatiques et moins génératrices d'émissions de gaz à effet de serre ? Pour répondre à ces questions, les principales hypothèses formulées sont les suivantes : 1) La question de l'articulation des différentes échelles spatio-temporelles est une question particulièrement saillante dans l'étude des effets des changements climatiques pour les territoires urbains et leur vulnérabilité à ces impacts ; 2) La perception des risques, leur acceptabilité sociale, la part des responsabilités globales et locales à des problèmes rencontrés sur les territoires, le gradient et la pertinence des réponses sont très variables suivant les interlocuteurs, les intérêts représentés, et l'échelon territorial ; 3) L'amélioration de la résilience urbaine face aux évolutions climatiques passe par une meilleure compréhension de phénomènes complexes et interdépendants fondée sur une nouvelle approche, systémique et interdisciplinaire, de la ville et de la vulnérabilité qui permette l'identification de l'ensemble des facteurs de vulnérabilité intrinsèques des différents systèmes urbains et de leurs interrelations en tenant compte notamment des effets de dominos, de seuils, et de rétroactions. La démarche adoptée dans cette recherche élargira les concepts d'impact des changements climatiques et d'adaptation à une analyse plus globale des vulnérabilités territoriales, en articulant prospectives climatiques et scénarios de développement socioéconomique des territoires concernés. L'enjeu est de pouvoir dégager des tendances générales ou des spécificités pour les territoires urbains étudiés dans l'optique d'aboutir à la formulation de recommandations et pistes d'actions notamment à l'intention des décideurs. Le résultat attendu du projet réside dans la production de connaissances qui soient utiles à la communauté scientifique et qui puissent jouer un rôle d'appui aux politiques publiques portant sur la gestion, le développement et l'aménagement des villes et du territoire. Cette étape exploratoire permettra d'envisager des contextes urbains différents en vue de poser les éléments d'analyse pour une appréhension plus générale des problématiques de vulnérabilités/résiliences aux changements climatiques

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