HAL-Ecole des Ponts ParisTech
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Proximity of firms to scientific production
No full textInternational audienceFollowing Bergeaud et al. (2022), we construct a new measure of proximity between industrial sectors and public research laboratories. Using this measure, we explore the underlying network of knowledge linkages between scientific fields and industrial sectors in France. We show empirically that there exists a significant negative correlation between the geographical distance between firms and laboratories and their scientific proximity, suggesting strongly localized spillovers. Moreover, we uncover some important differences by field, stronger than when using standard patent-based measures of proximity
Enabling Network Technologies For Flexible Railway Connectivity
No full textInternational audienceToday’s rail industry deploys innovative applications for real-time monitoring of trains and railway infrastructures and remote control of trains to enhance the safety and security of passengers and train operation. These applications can require multiple constraints satisfactions in terms of latency, data rate, reliability, coverage, mobility, security, etc. In order to meet the desired quality of users’ (trains, passengers, controllers, etc.,) experience, it is essential to apply and combine various enabling wireless technologies for the railway communications architecture such as end-to-end (from the cloud hosting applications to the user client, traversing communication network infrastructure) Network Slicing (NS), Software Defined Network (SDN), Network Function Virtualization (NFV), Multi-access Edge Computing (MEC), Blockchain, Artificial Intelligence (AI) tools, etc. This paper aims to propose a global unified control framework to automatically compute deploy, and manage necessary resources on the different network infrastructures (cloud, core, transport, and multiple-access networks). In this context, this article proposes the first study in the railway sector to link application constraints and enabling technologies. After a brief overview of the railway context, the main applications requirements, and the technologies that could be applied, we propose a high-level architecture for railway applications incorporating the various technologies identified: MEC, NFV, SDN, AI tools, and Blockchain. We also study the impact that these different technologies could have on existing rail applications and identify the challenges and future directions for rail networks in the era of 5G and future 6G
Algèbres géométriques pour l'intersection de coniques et généralisation aux faisceaux d'hypersurfaces Algébriques
No full textGeometric algebra is an elegant tool for dealing with geometric problems and takes a place of increasing importance in many domains. Among many algebras, GAC (Geometric Algebra for Conics) and QC2GA (Quadric Conformal Two-Dimensional Algebra) allow to represent conics and their intersections. This thesis is then about trying to extract the points of conic-conic intersection objects of QC2GA.This task is achieved successfully in this thesis, and is the precursor for the making of framework based on pencils of shapes for the conception and consideration of geometric algebra based on blades of points. The resulting framework is then applied first to 3D CGA (conformal geometric algebra) for developing some set operators for pencils of spheres and applying them for finding the smallest tangent sphere of two skew lines, and lastly to 2D CGA for constructing Voronoi and power diagram as well as their multiplicatively weighted version with pencils of circlesL'algèbre géométrique est un outil élégant pour aborder les problèmes géométriques et occupe une place de plus en plus importante dans de nombreux domaines. Parmi de nombreuses algèbres existants, QC2GA (algèbre conforme quadratique bidimensionnelle) permet de représenter les coniques et leurs intersections. Le sujet de cette thèse est donc d'essayer d'extraire les points des objets d'intersection conique-conique de QC2GA. Cette tâche est accomplie avec succès dans cette thèse et est le précurseur pour la création d'un outillage basé sur des faisceaux de formes pour la conception et la considération des algèbres géométriques basés sur des lames de points. L'outillage résultant est ensuite appliqué d'abord à CGA (algèbre géométrique conforme) 3D pour développer des opérateurs d'ensemble pour des faisceaux de sphères et les appliquer pour trouver la plus petite sphère tangente à deux lignes gauches, et enfin à la CGA 2D pour construire des diagrammes de Voronoi et de puissance ainsi que leur version pondérée multiplicativement grâce à des faisceaux de cercle
Utilisation de méthodes statistiques pour modéliser et estimer la variabilité temporelle des temps d'exécution des programmes exécutés sur des architectures multicœurs
No full textIn real-time systems, determining the Worst-case execution time (WCET) of programs allows system designers to prove that all tasks will always complete within the given deadlines. However, in complex general purposes architectures, factors like processor pipelines, caches and shared resources introduce variability in execution time of programs that increases the complexity of Worst-case execution time (WCET) analysis.Methods for reducing execution time variability exists in the literature, but reducing execution time variability often has the negative effect of increasing the WCET value.For this reason, in this thesis, our objective is not to reduce the variability but to take it into account in the real-time task model as a new parameter. To do that, it is necessary to quantify accurately this variability.Little effort has been made in quantifying execution time variability in real-time research. The most common used metric is the quotient between the smallest and largest value. In this thesis, we use statistical methods to quantify execution time variability. The objective is to estimate the distribution of the execution time around the WCET, a crucial information that is not captured by the quotient between the smallest and largest value. In order to be as general as possible our proposed metric makes no assumptions regarding the used architecture, the type of distribution execution times follows and the scheduling algorithm used.We then show how this quantification can be used in real-time mixed criticality systems. We also used this quantification to evaluate the impact of compiler optimisation on the execution times variability of programsLes systèmes temps réel sont des systèmes qui doivent fonctionner avec des contraintes de temps strictes, autrement dit, le temps de réponse des fonctionnalités (tâches temps réel) qui composent un système temps réel doit être bornées. Ces systèmes sont essentiels dans les applications critiques telles que les systèmes automobile, les appareils médicaux et les applications spatiales qui doivent respecter des contraintes de temps strictes, communément appelées "échéances" (deadlines). Dans les systèmes temps réel, la détermination du pire temps d'exécution des programmes (WCET) permet de prouver que toutes les tâches seront toujours complétées dans les délais prévus. Toutefois, les nouvelles architectures sont de plus en plus complexes, et des facteurs tels que les pipelines, les caches et les accées aux ressources partagées introduisent une variabilité dans les temps d'exécution des programmes, ce qui complique davantage l'analyse du temps d'exécution dans le pire des cas (WCET). Peu d'efforts ont été réalisés pour quantifier la variabilité des temps d'exécution dans le domaine de la recherche en temps réel. La métrique la plus utilisée est le quotient entre le plus petit et le plus grand temps d'exécution. Dans cette thèse, nous utilisons des méthodes statistiques pour quantifier la variabilité des temps d'exécution. L'objectif est d'estimer la distribution des temps d'exécution autour du WCET, une information cruciale qui n'est pas capturée par le quotient entre la plus petite et la plus grande valeur. Nous montrons ensuite comment cette quantification peut être utilisée dans les systèmes temps réel à criticité mixte. Nous avons également utilisé cette quantification pour évaluer l'impact de l'optimisation du compilateur sur la variabilité des temps d'exécution des programme
Classification continue d'images en ligne avec des méthodes basées mémoire : application aux données YouTube
No full textWhile Artificial Intelligence (AI) has made significant progress in recent years, current learning strategies rely heavily on fixed massive datasets that remain consistent throughout training. Despite achieving impressive performance, a significant drawback of such a design is the ever-increasing computational cost of training large models.In this thesis, we address the problem of Online Continual Learning (OCL) for image classification, where data provided to the model are not identically and independently distributed (i.i.d.) and can be seen only once. Specifically, we focus on memory-based methods that allow for reusing a subset of previously observed images in subsequent steps. Firstly, we give a general theoretical analysis of the Cross-Entropy loss based on probabilistic modeling of the loss functions. We also demonstrate its relation to the well-known principle of Maximum a Posteriori estimation and representation learning. Additionally, we investigate the impact of various normalization strategies on L_p unit spheres and show their theoretical and empirical equivalence. We then apply newly designed loss functions on the unit sphere to the OCL problem, achieving competitive performances when compared to state-of-the-art methods. Secondly, we consider the case of limited labels available in OCL and propose contrastive semi-supervised and unsupervised strategies to improve memory-based methods in OCL. Eventually, we study the plasticity-stability trade-off in OCL and show that this trade-off can be improved through knowledge distillation or mutual learning. Finally, we demonstrate the effectiveness of our methods on real-world videos collected on YouTube by considering different unsupervised and supervised scenarios.Bien que l'Intelligence Artificielle (IA) ait réalisé des progrès significatifs ces dernières années, les stratégies d'apprentissage actuelles reposent largement sur des ensembles de données massifs fixes qui restent constants tout au long de l'entraînement. Malgré des performances impressionnantes, un inconvénient majeur d'une telle conception est le coût de calcul croissant de la formation de grands modèles. Dans cette thèse, nous abordons le problème de l'Apprentissage Continu en Ligne, ou Online Continual learning (OCL) pour la classification d'images, où les données fournies au modèle ne sont pas distribuées de manière identique et indépendante (i.i.d.) et ne peuvent être vues qu'une seule fois. Plus précisément, nous nous concentrons sur les méthodes basées sur la mémoire qui permettent de réutiliser un sous-ensemble d'images précédemment observées dans les étapes suivantes. Tout d'abord, nous donnons une analyse théorique générale de la cross-entropy basée sur la modélisation probabiliste des fonctions de coût. Nous démontrons également sa relation avec le principe bien connu du maximum a posteriori et de l'apprentissage de représentations. De plus, nous étudions l'impact de diverses stratégies de normalisation sur les sphères unitaires L_p et montrons leur équivalence théorique et empirique. Nous appliquons ensuite les fonctions de coût nouvellement conçues sur la sphère unitaire au problème de l'OCL, obtenant des performances compétitives par rapport aux méthodes à l'état de l'art. Deuxièmement, nous considérons le cas de l'OCL où peu de labels sont disponibles et proposons des stratégies contrastives semi-supervisées et non supervisées pour améliorer les méthodes basées sur la mémoire. Enfin, nous étudions le compromis entre la plasticité et la stabilité en OCL et montrons que ce compromis peut être amélioré grâce à des procédés de distillation ou à l'apprentissage mutuel. Enfin, nous démontrons l'efficacité de nos méthodes sur des données réelles collectées sur YouTube en considérant différents scénarios non supervisés et supervisé
Binary Opinion Models of Influence and Opinion Dynamics in Social Networks
No full textPart 1: Invited PapersInternational audienceThe process of influence and opinion dynamics is predominant in many kinds of real-life situations involving agents’ interactions. This phenomenon is extensively analyzed in different fields and with the help of various methods and tools. Network analysis is particularly suitable for the study of influence and opinion formation. The aim of this paper is to provide an overview of selected results on models of influence and opinion dynamics in social networks with non-strategic updating of binary opinions. We start with presenting some results on the relation between a static binary opinion model of influence with influence indices, follower and influence functions, and a framework of simple games called command games. Then, we focus on binary opinion dynamics with non-strategic agents embedded in a social network. In this overview, a special attention is paid to models based on aggregation functions which can be seen as a generalization of the threshold model. In particular, we present some of the main results of the convergence analysis concerning anonymous social influence, conformism and anti-conformism in social networks. Also the phenomenon of diffusion in large networks with the diffusion mechanism represented by an aggregation function is briefly presented. Finally, we conclude this overview paper by indicating some possible directions for future research on the discrete opinion dynamics in social networks
Re-analysis of extreme sea state events modelling using a data-driven technique
No full textInternational audienceWith the objective of better answering marine and coastal engineering needs, sea state databases are created by hindcast simulations over long periods. The wave hindcast ANEMOC-3 database, built using the spectral model TOMAWAC for wave generation and propagation and the hydrodynamic circulation model TELEMAC-2D for tidal water levels and currents calculation, covers a period of 45 years from 1979 to 2023. During the calibration of the database, the numerical results must be consistent with past observational data (in situ or satellite measurements). Among other things, this process relies on calibration to determine “empirical adequacy” (Oreskes et al., 1994). In particular, the calibration aims at simulating a series of reference events by adjusting some uncertain physically-based model parameters until the agreement with available data reaches a satisfactory level. The objective of this work is to implement an efficient calibration algorithm, capable of processing measurements optimally, and of estimating the partially known parameters in the numerical model
Étude des mécanismes qui pilotent les variations du flux de chaleur latente à petite échelle dans le Nord-Ouest de l'Atlantique Tropical
No full textThe ocean and the atmosphere are two important components of the climate system, influencing heat storage, redistribution, and exchange. Key to this processes are air-sea heat exchanges, categorized into radiative and turbulent heat fluxes. Radiative heat fluxes derive from electromagnetic waves, while turbulent heat fluxes arise from heat transfer between media due to imbalances in properties like temperature or humidity, leading to sensible heat flux and latent heat flux (LHF), respectively. LHF significantly impacts cloud formation, precipitation, and global circulations, with variations affecting atmospheric dynamics, such as the mid-latitude jet stream and tropical cyclones. The goal of this thesis is to explore the mechanisms by which oceanic fine-scales—such as mesoscale eddies and submesoscale fronts—affect LHF in the Northwest Tropical Atlantic (NWTA) during boreal winter. This region, influenced by the warm North Brazil Current and Amazon river discharge, provides a natural setting for examining air-sea interactions. Boreal winter is chosen due to stable trade winds and reduced synoptic-scale phenomena, allowing for clearer observation of fine-scale interactions. The investigation is conducted through three approaches requiring different types of data: satellites/reanalysis, in-situ observations, and high-resolution coupled simulations. The first part develops a linear LHF downscaling algorithm based on sea surface temperature (SST) to integrate fine-scale features into a coarse satellite/reanalysis dataset. It reveals that LHF varies significantly when these fine-scale SST structures are accounted for—a 33% increase per °C—especially near the South American coast. Both thermodynamic—related to SST variations, 5% per °C—and dynamic—linked to fine-scale SST-induced surface winds and humidity variations 28% per °C—contributions to this sensitivity are identified, with dynamic contributions accounting for the majority of LHF changes. The second part utilizes in-situ observations from the EUREC4A-OA/ATOMIC field campaigns, analyzing three cases where the sampling devices crossed the Amazon plume. The results indicate that surface winds are heavily influenced by SST structures, contributing substantially to LHF variations, while surface currents and heat release from plume-related stratification changes play second-order roles. Finally, the third part employs a high-resolution coupled simulation of the NWTA. While it struggles to accurately reproduce the ocean's mean state, it successfully captures the sensitivity of LHF to SST and surface currents and the relative contributions of thermodynamic and dynamic factors. The model highlights that the weak relationship between fine-scale SST and specific humidity is a crucial driver of LHF variability. It also allows to establish a lower bound for the submesoscale LHF sensitivity to SST, which was not targeted in the first two parts.L'océan et l'atmosphère sont deux composantes essentielles du système climatique, influençant le stockage, la redistribution et l'échange de chaleur. Les échanges de chaleur entre l'air et la mer se classifient en flux radiatifs et turbulents. Les flux radiatifs proviennent des ondes électromagnétiques, tandis que les flux turbulents résultent du transfert de chaleur dû à des déséquilibres de température ou d'humidité, entraînant un flux de chaleur sensible et un flux de chaleur latente (LHF). Le LHF a un impact significatif sur la formation des nuages, les précipitations et les circulations globales, affectant la dynamique atmosphérique, comme le courant-jet des latitudes moyennes et les cyclones tropicaux. Cette thèse explore comment les fines échelles océaniques, telles que les tourbillons à méso-échelle et les fronts à sous-méso-échelle, influencent le LHF dans l'Atlantique tropical nord-ouest (NWTA) durant l'hiver boréal. Cette région, affectée par le courant chaud du Brésil Nord et le débit de l'Amazone, constitue un cadre naturel pour étudier les interactions air-mer. L'hiver boréal est choisi pour sa stabilité des alizés et la réduction des phénomènes synoptiques, permettant une observation claire des interactions à fine échelle. L'étude utilise trois approches : satellites/réanalyses, observations in situ et simulations couplées à haute résolution. La première partie développe un algorithme linéaire de réduction d'échelle du LHF basé sur la température de surface de la mer (SST) pour intégrer des caractéristiques à fine échelle dans un ensemble de données satellite. Elle révèle que le LHF varie significativement lorsque ces structures SST à échelle fine sont prises en compte, avec une augmentation de 33 % par °C, surtout près de la côte sud-américaine. Les contributions à cette sensibilité sont thermodynamiques (5 % par °C) et dynamiques (28 % par °C), les contributions dynamiques représentant la majorité des changements. La deuxième partie utilise des observations in situ des campagnes EUREC4A-OA/ATOMIC, analysant trois cas où les dispositifs ont traversé le panache de l'Amazone. Les résultats montrent que les vents de surface sont fortement influencés par les structures SST, contribuant de manière substantielle aux variations du LHF, tandis que les courants de surface et le dégagement de chaleur dû aux changements de stratification liés au panache jouent un rôle secondaire. Enfin, la troisième partie emploie une simulation couplée à haute résolution de la NWTA. Bien qu'elle ne parvienne pas à reproduire l'état moyen de l'océan, elle capture la sensibilité du LHF à la SST et aux courants de surface, ainsi que les contributions relatives des facteurs thermodynamiques et dynamiques. Le modèle souligne que la faible relation entre la SST à fine échelle et l'humidité spécifique est un facteur crucial de la variabilité du LHF, établissant également une limite inférieure pour la sensibilité du LHF à la SST à l'échelle sub-méso, non abordée dans les deux premières parties
Evaluation des politiques d’efficacité énergétique résidentielle à l’aune de multiples frictions de marché et comportementales
No full textRecognizing the multiple benefits of energy efficiency policies in the residential sector Western governments have implemented myriad policies in recent years. In practice, however, empirical assessments of these interventions find them economically inefficient. This gap between expectations and realizations calls for a better account of the key frictions impeding energy efficiency investment in policy assessments. In this thesis, I build a modeling framework that permits socio-economic assessment of a range of residential energy efficiency policies implemented in economies subject to market failures and behavioral anomalies. I show that achieving carbon neutrality requires ambitious policies to promote heat pumps in most European countries (France in particular), alongside the full decarbonization of the electricity system. I demonstrate that adopting heat pumps shifts gas use from heating to electricity generation, which from a whole-system perspective is a more efficient use of low-carbon biogas, only available in short supply. While regulatory measures underperform incentive-based instruments from a simple microeconomic perspective, they are crucial for meeting carbon neutrality, especially under uncertainty. Second, I find that the CO2 externality is actually dominated by health, rental, and multi-family frictions in the ranking of justifications for energy efficiency policies. This finding underscores the importance of targeted subsidies for home insulation to address specific frictions while alleviating energy poverty. Finally, the assessment shows that the policies currently implemented in France only close about half of the energy efficiency gap in space heating, pointing to the need for better targeting.Conscients des multiples bénéfices des politiques d’efficacité énergétique dans le secteur résidentiel, les gouvernements occidentaux ont déployé, ces dernières années, un large éventail de mesures combinant des instruments incitatifs et réglementaires. Dans la pratique, cependant, les évaluations empiriques de ces interventions les jugent économiquement inefficaces. Ce contraste entre ambitions et réalisations souligne la nécessité de mieux intégrer les frictions qui entravent les investissements dans l’évaluation des politiques publiques. Dans cette thèse, je propose un cadre de modélisation original pour évaluer, d’un point de vue socio-économique, les politiques d’efficacité énergétique résidentielle dans des contextes marqués par des défaillances de marché et des biais comportementaux. Je montre qu'atteindre la neutralité carbone nécessite des politiques ambitieuses favorisant l’adoption des pompes à chaleur dans la plupart des pays européens, en particulier en France, combinées à une décarbonation complète du système électrique. Je démontre que cette transition transfère l’utilisation du gaz, du chauffage à la production d’électricité, et maximise l’efficacité du gaz bas carbone. Bien que les mesures réglementaires soient généralement considérées comme peu flexibles par rapport aux instruments incitatifs, elles s’avèrent essentielles pour atteindre la neutralité carbone dans un contexte marqué par de fortes incertitudes. Deuxièmement, j’identifie que les externalités liées au carbone sont surpassées par d’autres frictions – notamment celles liées à la santé, à la location et aux logements collectifs – dans les justifications des politiques d’efficacité énergétique. Cela met en lumière l’importance d’aligner les barèmes des subventions sur les défaillances de marché. Enfin, mon travail montre que les politiques actuellement mises en oeuvre en France ne couvrent qu’environ la moitié du déficit d’efficacité énergétique, soulignant le besoin d’un ciblage plus précis
Coherent subsiding structures in large‐eddy simulations of atmospheric boundary layers
No full textInternational audienceAbstract Coherent structures are characterized in high‐resolution simulations of three atmospheric boundary layers: dry convection, marine cumulus, and stratocumulus. Based on radioactive‐decaying tracers emitted at different altitudes (surface, top of well‐mixed layer, and cloud top), an object‐oriented methodology allows individual characterization of coherent tridimensional plumes within the flow. Each boundary layer shows updraft structures surrounded by subsiding shells that have similar thermodynamical characteristics. Well‐mixed downdrafts are located relatively close to updrafts and entrain dry, warm air from the free troposphere. While updrafts primarily carry the majority of heat and moisture within well‐mixed layers, accounting for 62‐70% of the total resolved flux, it is noteworthy that well‐mixed downdrafts also contibute a significant portion, ranging from 14% to 35%. Identified in all boundary layers, these subsiding structures are triggered by air mass convergence linked to updrafts' divergence and are thus part of an overturning circulation in well‐mixed layers. Close to the surface, downdrafts' divergence constrain updrafts' locations and thus shape a mesoscale cellular organization with cell sizes scaling with the boundary‐layer height (aspect ratio of around 2). Active cumulus formation does not strongly perturb the spatial organization of the sub‐cloud well‐mixed layer. The stratocumulus‐topped boundary layer also shares similarities with the overturning circulation despite having condensation and cloud‐radiation diabatic effects within the mixed layer. However, the visible mesoscale organization of stratocumulus shows larger cells than the boundary‐layer depth (aspect ratio 10) that suggest deviations from the clear‐sky conceptual view. The boundary‐layer decoupling influences mass fluxes of coherent structures and thus potentially plays a role in shaping the spatial organization. Since well‐mixed downdrafts contribute to a significant part of resolved flux of heat and moisture, our results suggest that downdraft properties in well‐mixed layers should be represented at the subgrid scale in climate models through non‐local mass‐flux parametrizations