Optimization models and methods for real-time transportation planning in forestry

Lors du transport du bois de la forêt vers les usines, de nombreux événements imprévus peuvent se produire, événements qui perturbent les trajets prévus (par exemple, en raison des conditions météo, des feux de forêt, de la présence de nouveaux chargements, etc.). Lorsque de tels événements ne sont connus que durant un trajet, le camion qui accomplit ce trajet doit être détourné vers un chemin alternatif. En l’absence d’informations sur un tel chemin, le chauffeur du camion est susceptible de choisir un chemin alternatif inutilement long ou pire, qui est lui-même "fermé" suite à un événement imprévu. Il est donc essentiel de fournir aux chauffeurs des informations en temps réel, en particulier des suggestions de chemins alternatifs lorsqu’une route prévue s’avère impraticable. Les possibilités de recours en cas d’imprévus dépendent des caractéristiques de la chaîne logistique étudiée comme la présence de camions auto-chargeurs et la politique de gestion du transport. Nous présentons trois articles traitant de contextes d’application différents ainsi que des modèles et des méthodes de résolution adaptés à chacun des contextes. Dans le premier article, les chauffeurs de camion disposent de l’ensemble du plan hebdomadaire de la semaine en cours. Dans ce contexte, tous les efforts doivent être faits pour minimiser les changements apportés au plan initial. Bien que la flotte de camions soit homogène, il y a un ordre de priorité des chauffeurs. Les plus prioritaires obtiennent les volumes de travail les plus importants. Minimiser les changements dans leurs plans est également une priorité. Étant donné que les conséquences des événements imprévus sur le plan de transport sont essentiellement des annulations et/ou des retards de certains voyages, l’approche proposée traite d’abord l’annulation et le retard d’un seul voyage, puis elle est généralisée pour traiter des événements plus complexes. Dans cette ap- proche, nous essayons de re-planifier les voyages impactés durant la même semaine de telle sorte qu’une chargeuse soit libre au moment de l’arrivée du camion à la fois au site forestier et à l’usine. De cette façon, les voyages des autres camions ne seront pas mo- difiés. Cette approche fournit aux répartiteurs des plans alternatifs en quelques secondes. De meilleures solutions pourraient être obtenues si le répartiteur était autorisé à apporter plus de modifications au plan initial. Dans le second article, nous considérons un contexte où un seul voyage à la fois est communiqué aux chauffeurs. Le répartiteur attend jusqu’à ce que le chauffeur termine son voyage avant de lui révéler le prochain voyage. Ce contexte est plus souple et offre plus de possibilités de recours en cas d’imprévus. En plus, le problème hebdomadaire peut être divisé en des problèmes quotidiens, puisque la demande est quotidienne et les usines sont ouvertes pendant des périodes limitées durant la journée. Nous utilisons un modèle de programmation mathématique basé sur un réseau espace-temps pour réagir aux perturbations. Bien que ces dernières puissent avoir des effets différents sur le plan de transport initial, une caractéristique clé du modèle proposé est qu’il reste valable pour traiter tous les imprévus, quelle que soit leur nature. En effet, l’impact de ces événements est capturé dans le réseau espace-temps et dans les paramètres d’entrée plutôt que dans le modèle lui-même. Le modèle est résolu pour la journée en cours chaque fois qu’un événement imprévu est révélé. Dans le dernier article, la flotte de camions est hétérogène, comprenant des camions avec des chargeuses à bord. La configuration des routes de ces camions est différente de celle des camions réguliers, car ils ne doivent pas être synchronisés avec les chargeuses. Nous utilisons un modèle mathématique où les colonnes peuvent être facilement et naturellement interprétées comme des itinéraires de camions. Nous résolvons ce modèle en utilisant la génération de colonnes. Dans un premier temps, nous relaxons l’intégralité des variables de décision et nous considérons seulement un sous-ensemble des itinéraires réalisables. Les itinéraires avec un potentiel d’amélioration de la solution courante sont ajoutés au modèle de manière itérative. Un réseau espace-temps est utilisé à la fois pour représenter les impacts des événements imprévus et pour générer ces itinéraires. La solution obtenue est généralement fractionnaire et un algorithme de branch-and-price est utilisé pour trouver des solutions entières. Plusieurs scénarios de perturbation ont été développés pour tester l’approche proposée sur des études de cas provenant de l’industrie forestière canadienne et les résultats numériques sont présentés pour les trois contextes.

Algorithmique et complexité des systèmes à compteurs

Réalisé en cotutelle avec l'École normale supérieure de Cachan – Université Paris-Saclay

Algorithmes de construction et correction d'arbres de gènes par la réconciliation

Les gènes, qui servent à encoder les fonctions biologiques des êtres vivants, forment l'unité moléculaire de base de l'hérédité. Afin d'expliquer la diversité des espèces que l'on peut observer aujourd'hui, il est essentiel de comprendre comment les gènes évoluent. Pour ce faire, on doit recréer le passé en inférant leur phylogénie, c'est-à-dire un arbre de gènes qui représente les liens de parenté des régions codantes des vivants. Les méthodes classiques d'inférence phylogénétique ont été élaborées principalement pour construire des arbres d'espèces et ne se basent que sur les séquences d'ADN. Les gènes sont toutefois riches en information, et on commence à peine à voir apparaître des méthodes de reconstruction qui utilisent leurs propriétés spécifiques. Notamment, l'histoire d'une famille de gènes en terme de duplications et de pertes, obtenue par la réconciliation d'un arbre de gènes avec un arbre d'espèces, peut nous permettre de détecter des faiblesses au sein d'un arbre et de l'améliorer. Dans cette thèse, la réconciliation est appliquée à la construction et la correction d'arbres de gènes sous trois angles différents: 1) Nous abordons la problématique de résoudre un arbre de gènes non-binaire. En particulier, nous présentons un algorithme en temps linéaire qui résout une polytomie en se basant sur la réconciliation. 2) Nous proposons une nouvelle approche de correction d'arbres de gènes par les relations d'orthologie et paralogie. Des algorithmes en temps polynomial sont présentés pour les problèmes suivants: corriger un arbre de gènes afin qu'il contienne un ensemble d'orthologues donné, et valider un ensemble de relations partielles d'orthologie et paralogie. 3) Nous montrons comment la réconciliation peut servir à "combiner'' plusieurs arbres de gènes. Plus précisément, nous étudions le problème de choisir un superarbre de gènes selon son coût de réconciliation.

Retour post-isolement en milieu psychiatrique : développement, implantation et évaluation d’une intervention en soins aigus

L’isolement avec ou sans contention (IC) en milieu psychiatrique touche près d’un patient sur quatre au Québec (Dumais, Larue, Drapeau, Ménard, & Giguère-Allard, 2011). Il est pourtant largement documenté que cette pratique porte préjudice aux patients, aux infirmières et à l’organisation (Stewart, Van der Merwe, Bowers, Simpson, & Jones, 2010). Cette mesure posant un problème éthique fait l’objet de politiques visant à la restreindre, voire à l’éliminer. Les études sur l’expérience de l’isolement du patient de même que sur la perception des infirmières identifient le besoin d'un retour sur cet évènement. Plusieurs équipes de chercheurs proposent un retour post-isolement (REPI) intégrant à la fois l’équipe traitante, plus particulièrement les infirmières, et le patient comme intervention afin de diminuer l’incidence de l’IC. Le REPI vise l’échange émotionnel, l’analyse des étapes ayant mené à la prise de décision d’IC et la projection des interventions futures. Le but de cette étude était de développer, implanter et évaluer le REPI auprès des intervenants et des patients d’une unité de soins psychiatriques aigus afin d’améliorer leur expérience de soins. Les questions de recherche étaient : 1) Quel est le contexte d’implantation du REPI? 2) Quels sont les éléments facilitants et les obstacles à l’implantation du REPI selon les patients et les intervenants? 3) Quelle est la perception des patients et des intervenants des modalités et retombées du REPI?; et 4) L’implantation du REPI est-elle associée à une diminution de la prévalence et de la durée des épisodes d’IC? Cette étude de cas instrumentale (Stake, 1995, 2008) était ancrée dans une approche participative. Le cas était celui de l’unité de soins psychiatriques aigus pour premier épisode psychotique où a été implanté le REPI. En premier lieu, le développement du REPI a d’abord fait l’objet d’une documentation du contexte par une immersion dans le milieu (n=56 heures) et des entretiens individuels avec un échantillonnage de convenance (n=3 patients, n=14 intervenants). Un comité d’experts (l’étudiante-chercheuse, six infirmières du milieu et un patient partenaire) a par la suite développé le REPI qui comporte deux volets : avec le patient et en équipe. L’évaluation des retombées a été effectuée par des entretiens individuels (n= 3 patients, n= 12 intervenants) et l’examen de la prévalence et de la durée des IC six mois avant et après l’implantation du REPI. Les données qualitatives ont été examinées selon une analyse thématique (Miles, Huberman, & Saldana, 2014), tandis que les données quantitatives ont fait l’objet de tests descriptifs et non-paramétriques. Les résultats proposent que le contexte d’implantation est défini par des normes implicites et explicites où l’utilisation de l’IC peut générer un cercle vicieux de comportements agressifs nourris par un profond sentiment d’injustice de la part des patients. Ceux-ci ont l’impression qu’ils doivent se conformer aux attentes du personnel et aux règles de l’unité. Les participants ont exprimé le besoin de créer des opportunités pour une communication authentique qui pourrait avoir lieu lors du REPI, bien que sa pratique soit variable d’un intervenant à un autre. Les résultats suggèrent que le principal élément ayant facilité l’implantation du REPI est l’approche participative de l’étude, alors que les obstacles rencontrés relèvent surtout de la complexité de la mise en œuvre du REPI en équipe. Lors du REPI avec le patient, les infirmières ont pu explorer ses sentiments et son point de vue, ce qui a favorisé la reconstruction de la relation thérapeutique. Quant au REPI avec l’équipe de soins, il a été perçu comme une opportunité d’apprentissage, ce qui a permis d’ajuster le plan d’intervention des patients. Suite à l’implantation du REPI, les résultats ont d’ailleurs montré une réduction significative de l’utilisation de l’isolement et du temps passé en isolement. Les résultats de cette thèse soulignent la possibilité d’outrepasser le malaise initial perçu tant par le patient que par l’infirmière en systématisant le REPI. De plus, cette étude met l’accent sur le besoin d’une présence authentique pour atteindre un partage significatif dans la relation thérapeutique, ce qui est la pierre d’assise de la pratique infirmière en santé mentale. Cette étude contribue aux connaissances sur la prévention des comportements agressifs en milieu psychiatrique en documentant le contexte dans lequel se situe l’IC, en proposant un REPI comportant deux volets de REPI et en explorant ses retombées. Nos résultats soutiennent le potentiel du développement d’une prévention tertiaire qui intègre à la fois la perspective des patients et des intervenants.