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Contributions to single- and multi- objective optimization: towards distributed and autonomous massive optimization

/ Derbel Bilel / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 11-12-2017
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Les travaux synthétisés dans ce manuscrit concernent la conception, l’analyse et la compréhension d’algorithmes génériques et de haut-niveau en optimisation mono- et multi-objectif. L’accent est mis sur le rôle crucial des algorithmes parallèles et distribués dans l’exploitation de la puissance offerte par le panorama grandissant des plateformes de calcul haute performance et large échelle, et aussi dans la conception de nouvelles approches pour la résolution de problèmes toujours plus complexes et massifs. Dans ce cadre, nos contributions s’organisent autour de trois axes. Le premier concerne la conception d’algorithmes parallèles pour l’optimisation exacte dans un but de passage à l’échelle. Plus précisément, dans un environnement large échelle hétérogène (grappes, grille), où l’hétérogénéité peut se situer au niveau des nœuds (multi-cœur, multi-GPU) ou au niveau des communications (réseaux, latence), nous étendons les techniques état-de-l’art basées sur le paradigme de ‘vol-de-travail’ afin de distribuer de façon dynamique et adaptative les unités de calcul de l’algorithme Branch-and-Bound, considéré de façon plus générale comme un cas d’étude représentatif d’algorithmes de recherche arborescente hautement irrégulière. Le deuxième axe traite de la conception de techniques ‘online’ pour la sélection adaptative d’opérateurs dans le contexte d’heuristiques de type recherche locale, algorithme évolutionnaire, métaheuristique, etc. En particulier, nous considérons l’étude de nouveaux modèles abstraits pour la conception d’algorithmes adaptatifs distribuées (modèle en îles hétérogènes), ainsi que pour la validation des techniques de sélection étudiées (modèle dit de ’fitness cloud’). Ceci est lié à une problématique plus générale sur laquelle nous travaillons de façon active : la sélection, le paramétrage, et la configuration automatique d’algorithmes d’optimisation, en nous inspirant de techniques issues de l’apprentissage automatique et de l’intelligence artificielle (bandits manchots, portfolio, hyper-heuristiques, tuning, etc). Le dernier axe de nos travaux concerne l’optimisation multi-objectif par algorithmes évolutionnaires. En particulier, nous considérons une approche basée sur le concept de décomposition, considérée comme étant l’état-de-l’art, et nous en étudions les différents composants algorithmiques, ainsi que la conception parallèle et distribuée. Cette approche consiste à transformer, à l’aide de fonctions scalaires, le problème original en un ensemble de sous-problèmes pouvant être résolus en parallèle de façon coordonnée. Nous montrons que le concept de décomposition permet non seulement de concevoir des algorithmes de type “diviser-pour-régner” pouvant être portés de façon naturelle et flexible dans un environnement distribué large échelle, mais il constitue également un ingrédient clé pour augmenter la puissance et l’applicabilité des techniques et des algorithmes évolutionnaires issus de l’optimisation mono- et multi-critères.

Effet de l’influence de l’hydroxyde d’aluminium sur les propriétés pouzzolaniques des minéraux argileux de type 1/1

/ Tchamo Leussa Claudia Charlotte / Université Lille1 - Sciences et Technologies, Université d'Artois / 30-06-2017
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L’étude consiste à mettre au point un co-produit argile/hydroxyde d’aluminium afin de valoriser une partie des produits locaux du Cameroun enrichie en minéraux argileux dont le diamètre est inférieur à 20 µm. Deux types de kaolins, un kaolin commercial acheté en France et un kaolin brut prélevé au Cameroun ont été caractérisés par des analyses chimiques, minéralogiques et thermiques avant d’être enrichis en hydroxyde d’aluminium amorphe (10 et 20%). L’activité pouzzolanique des différentes formulations a été évaluée par méthode indirecte en mesurant l’indice d’activité des différents échantillons et par méthode direct par l’essai chapelle modifié. Il ressort que la composition minéralogique du Kaolin du Cameroun diffère de celui commercialisé par la présence de 8% de gibbsite dans sa structure et d’une kaolinite à l’état semi-amorphe. Les essais mécaniques ont montrés que la substitution du ciment par le kaolin commercial contenant 10% d’hydroxyde d’aluminium amorphe améliore les propriétés mécaniques des mortiers au 28ième jour par rapport à ces homologues fait de kaolin commercial simple ou substitué à 20% d’hydroxyde d’aluminium amorphe. Il confirme l’existence d’un seuil maximal d’hydroxyde d’aluminium à introduire dans les formulations. Le kaolin du Cameroun quant à lui présente une activité pouzzolanique à 7 et 28 jours et des indices d’activité supérieurs à son semblable enrichit à 10% d’hydroxyde d’aluminium. Par ailleurs, l’essai chapelle révèle que les deux kaolins, lorsqu’ils sont enrichis en hydroxyde d’aluminium amorphe présentent une activité pouzzolanique et que le kaolin du Cameroun substitué à 10% d’hydroxyde d’aluminium est plus pouzzolanique. Les analyses à la Diffractométrie de Rayons X et à la Microscopie Electronique à Balayage fait sur les mortiers ont montrés que plus on substitue l’hydroxyde d’aluminium amorphe au ciment, plus il bloque la formation de C-S-H dans les mortiers. Celui-ci en se libérant plus tard et augmente les résistances en compression des mortiers à long terme.

Contribution à la croissance par épitaxie par jets moléculaires d’hétérostructures antimoniées pour des applications électroniques haute fréquence et faible consommation

/ Desplanque Ludovic / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 19-01-2017
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Après plus de dix années de recherche à l’Institut d’Electronique de Microélectronique et de Nanotechnologies (IEMN) en tant que Maître de Conférences de l’Université de Lille 1, ce mémoire retrace les travaux que j’ai pu mener sur l’épitaxie par jets moléculaires d’hétérostructures à base d’antimoine pour des applications électroniques destinées soit à la montée en fréquence des composants soit à la réduction de leur consommation énergétique. Les matériaux antimoniés étant fortement désadaptés en maille par rapport aux substrats standards de l’électronique que sont GaAs ou Silicium, une grande partie de mon travail a consisté à étudier les mécanismes de relaxation de contrainte aux hétéro-interfaces fortement désadaptées en maille comme par exemple les systèmes GaSb/GaAs ou GaSb/GaP. J’ai notamment étudié comment les conditions de croissance permettaient d’influencer la formation de dislocations d’interfaces auto-organisées et capables d’accommoder le désaccord de maille en limitant la densité de défauts émergents dans la structure active. Ces travaux ont permis d’améliorer significativement les performances des hétérostructures à haute mobilité électronique à base d’InAs que ce soit sur substrat de GaAs, de GaP ou même de silicium grâce à différentes collaborations nationales ou internationales. L’autre volet de ces travaux concerne l’optimisation des structures actives dans les filières AlGaSb/InAs ou AlIn(As)Sb/GaInSb destinées à la réalisation de composants hyperfréquences tels que des transistors à haute mobilité électronique (HEMT), de diodes de détection haute fréquence de type SSD (« self-switching diodes ») ou de transistors bipolaires à hétérojonctions grâce à des collaborations interne à l’IEMN ou internationale avec l’Université de Chalmers en Suède. Depuis quelques années, l’intérêt des matériaux III-V pour l’électronique s’est élargi aux applications numériques faible consommation. Dans ce cadre, les matériaux à faible masse effective tels qu’InAs pour les électrons ou Ga(In)Sb pour les trous sont des matériaux de choix pour l’élaboration de MOSFET à grille ultra-courte fonctionnant sous faible tension de polarisation. La variété des alignements de bandes des hétérostructures antimoniées offre également des perspectives intéressantes pour la réalisation de transistors à effet tunnel présentant un courant important dans l’état ON. Dans ce contexte, mon travail et mes projets de recherche actuels sont orientés vers le développement de la croissance sélective de ces matériaux par épitaxie par jets moléculaires de manière à répondre à un certain nombre de défis technologiques tels que la réduction des résistances de contacts source-drain mais également la co-intégration sur silicium de ces hétérostructures.

Optimisation de l'irrigation agricole en Libye par utilisation d'instrument intelligent

/ Imhemed Mohamed / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 17-10-2016
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Ce mémoire de DSR présente le travail réalisé pendant plusieurs années, concernant l'étude du développement d'un système d'irrigation dans une zone désertique du sud de la Libye. Plus précisément, une partie de l'étude a porté sur les matériels et les équipements susceptibles d'être mis en œuvre. Ainsi, différents équipement (vannes, automates programmables, pompes, organisation du réseau d'approvisionnement et des réservoirs…) ont été testés et évalués. Par ailleurs, une autre partie du travail est relative à la façon d'irriguer (durée d'arrosage, heure dans la journée, adaptation aux conditions telles que le vent ou la température) et aux choix des cultures (l'orge est ainsi plus robuste et moins consommateur en eau). Cette partie s'appuie aussi sur la réalisation d'historiques sur plusieurs zones de culture de test pour lesquelles la croissance des plantes a été notée ainsi que l'apport en eau ou en engrais. Plus globalement, cette étude vise à optimiser la culture en milieu désertique où l'eau est une ressource limitée et doit être utilisé avec économie.

Cité Scientifique BP 30155 59653 VILLENEUVE D'ASCQ CEDEX Tél.:+33 (0)3 20 43 44 10