Contribution à la planification tactique et opérationnelle du transport forestier

Cette thèse est une contribution à la modélisation, la planification et l’optimisation du transport pour l’approvisionnement en bois de forêt des industries de première transformation. Dans ce domaine, les aléas climatiques (mise au sol des bois par les tempêtes), sanitaires (attaques bactériologiques et fongiques des bois) et commerciaux (variabilité et exigence croissante des marchés) poussent les divers acteurs du secteur (entrepreneurs et exploitants forestiers, transporteurs) à revoir l’organisation de la filière logistique d’approvisionnement, afin d’améliorer la qualité de service (adéquation offre-demande) et de diminuer les coûts. L’objectif principal de cette thèse était de proposer un modèle de pilotage améliorant la performance du transport forestier, en respectant les contraintes et les pratiques du secteur. Les résultats établissent une démarche de planification hiérarchique des activités de transport à deux niveaux de décision, tactique et opérationnel. Au niveau tactique, une optimisation multi-périodes permet de répondre aux commandes en minimisant l’activité globale de transport, sous contrainte de capacité agrégée des moyens de transport accessibles. Ce niveau permet de mettre en œuvre des politiques de lissage de charge et d’organisation de sous-traitance ou de partenariats entre acteurs de transport. Au niveau opérationnel, les plans tactiques alloués à chaque transporteur sont désagrégés, pour permettre une optimisation des tournées des flottes, sous contrainte des capacités physiques de ces flottes. Les modèles d’optimisation de chaque niveau sont formalisés en programmation linéaire mixte avec variables binaires. L’applicabilité des modèles a été testée en utilisant un jeu de données industrielles en région Aquitaine et a montré des améliorations significatives d’exploitation des capacités de transport par rapport aux pratiques actuelles. Les modèles de décision ont été conçus pour s’adapter à tout contexte organisationnel, partenarial ou non : la production du plan tactique possède un caractère générique sans présomption de l’organisation, celle-ci étant prise en compte, dans un deuxième temps, au niveau de l’optimisation opérationnelle du plan de transport de chaque acteur.

An experiment on the parameter uncertainty of hydrological models with different levels of complexity in a climate change context

La possibilité d’estimer l’impact du changement climatique en cours sur le comportement hydrologique des hydro-systèmes est une nécessité pour anticiper les adaptations inévitables et nécessaires que doivent envisager nos sociétés. Dans ce contexte, ce projet doctoral présente une étude sur l’évaluation de la sensibilité des projections hydrologiques futures à : (i) La non-robustesse de l’identification des paramètres des modèles hydrologiques, (ii) l’utilisation de plusieurs jeux de paramètres équifinaux et (iii) l’utilisation de différentes structures de modèles hydrologiques. Pour quantifier l’impact de la première source d’incertitude sur les sorties des modèles, quatre sous-périodes climatiquement contrastées sont tout d’abord identifiées au sein des chroniques observées. Les modèles sont calés sur chacune de ces quatre périodes et les sorties engendrées sont analysées en calage et en validation en suivant les quatre configurations du Different Splitsample Tests (Klemeš, 1986;Wilby, 2005; Seiller et al. (2012);Refsgaard et al. (2014)). Afin d’étudier la seconde source d’incertitude liée à la structure du modèle, l’équifinalité des jeux de paramètres est ensuite prise en compte en considérant pour chaque type de calage les sorties associées à des jeux de paramètres équifinaux. Enfin, pour évaluer la troisième source d’incertitude, cinq modèles hydrologiques de différents niveaux de complexité sont appliqués (GR4J, MORDOR, HSAMI, SWAT et HYDROTEL) sur le bassin versant québécois de la rivière Au Saumon. Les trois sources d’incertitude sont évaluées à la fois dans conditions climatiques observées passées et dans les conditions climatiques futures. Les résultats montrent que, en tenant compte de la méthode d’évaluation suivie dans ce doctorat, l’utilisation de différents niveaux de complexité des modèles hydrologiques est la principale source de variabilité dans les projections de débits dans des conditions climatiques futures. Ceci est suivi par le manque de robustesse de l’identification des paramètres. Les projections hydrologiques générées par un ensemble de jeux de paramètres équifinaux sont proches de celles associées au jeu de paramètres optimal. Par conséquent, plus d’efforts devraient être investis dans l’amélioration de la robustesse des modèles pour les études d’impact sur le changement climatique, notamment en développant les structures des modèles plus appropriés et en proposant des procédures de calage qui augmentent leur robustesse. Ces travaux permettent d’apporter une réponse détaillée sur notre capacité à réaliser un diagnostic des impacts des changements climatiques sur les ressources hydriques du bassin Au Saumon et de proposer une démarche méthodologique originale d’analyse pouvant être directement appliquée ou adaptée à d’autres contextes hydro-climatiques.

Detached eddy simulation of unsteady turbulent flows in the draft tube of a bulb turbine

Les aspirateurs de turbines hydrauliques jouent un rôle crucial dans l’extraction de l’énergie disponible. Dans ce projet, les écoulements dans l’aspirateur d’une turbine de basse chute ont été simulés à l’aide de différents modèles de turbulence dont le modèle DDES, un hybride LES/RANS, qui permet de résoudre une partie du spectre turbulent. Déterminer des conditions aux limites pour ce modèle à l’entrée de l’aspirateur est un défi. Des profils d’entrée 1D axisymétriques et 2D instationnaires tenant compte des sillages et vortex induits par les aubes de la roue ont notamment été testés. Une fluctuation artificielle a également été imposée, afin d’imiter la turbulence qui existe juste après la roue. Les simulations ont été effectuées pour deux configurations d’aspirateur du projet BulbT. Pour la deuxième, plusieurs comparaisons avec des données expérimentales ont été faites pour deux conditions d’opération, à charge partielle et dans la zone de baisse rapide du rendement après le point de meilleur rendement. Cela a permis d’évaluer l’efficacité et les lacunes de la modélisation turbulente et des conditions limites à travers leurs effets sur les quantités globales et locales. Les résultats ont montrés que les structures tourbillonnaires et sillages sortant de la roue sont adéquatement résolus par les simulations DDES de l’aspirateur, en appliquant les profils instationnaires bidimensionnels et un schéma de faible dissipation pour le terme convectif. En outre, les effets de la turbulence artificielle à l’entrée de l’aspirateur ont été explorés à l’aide de l’estimation de l’intermittence du décollement, de corrélations en deux points, du spectre d’énergie et du concept de structures cohérentes lagrangiennes. Ces analyses ont montré que les détails de la dynamique de l’écoulement et de la séparation sont modifiés, ainsi que les patrons des lignes de transport à divers endroits de l’aspirateur. Cependant, les quantités globales comme le coefficient de récupération de l’aspirateur ne sont pas influencées par ces spécificités locales.

Algorithmique et complexité des systèmes à compteurs

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

Choix en situation d’incertitude: distinction entre les méthodes de calculs utilisées par les individus lors d’ajout d’effet de corrélation

Méthodologie: Équation de Bellman (Programmation dynamique) ; Méthode de la valeur optionnelle

Est-ce que l’aversion au risque cyclique et la richesse immobilière peuvent aider à expliquer les rendements boursiers?

Dans les modèles d’évaluation d’actifs financiers, la stratégie de placement d’un individu est liée à la distribution des rendements des actifs inclus dans son portefeuille. Le modèle intertemporel d’évaluation des actifs financiers basé sur la consommation (C-CAPM) permet d’intégrer la dimension temporelle dans le cadre d’analyse et de comprendre l’arbitrage entre les décisions de consommation et d’épargne d’un individu. La prédiction fondamentale de ce modèle est l’existence d’un lien entre les rendements des actifs financiers et leur covariance avec le taux marginal de substitution intertemporel (TMSI). Dans un cadre théorique, l’énigme de la prime de risque est mise en évidence lorsqu’une fonction d’utilité de type CRRA est utilisée afin de représenter les préférences du consommateur. La rigidité de cette modélisation impose cependant un coefficient d’aversion au risque fixe réconciliant difficilement le modèle avec les données réelles. Ce mémoire a pour objectif de résoudre cette problématique en modifiant les formulations classiques du TMSI. Dans un contexte canadien, nous modifions la forme CRRA afin de déterminer, entre autres, si les variations du produit intérieur brut ont un effet sur le niveau d’aversion au risque d’un agent. Par la suite, nous insérons la richesse immobilière dans une forme d’utilité non-séparable comme proxy du rendement de la richesse. Nos résultats suggèrent qu’il est pertinent, sur une longue période, de tenir compte de la richesse immobilière dans le programme de consommation de l’agent.

Rendements boursiers canadiens: une analyse de facteurs macroéconomiques et financiers

Méthodologie: Modèle de Fama-French

Retrofit de systèmes de revalorisation de chaleur industrielle à basse température par optimisation exergo-économique

Ce projet porte, dans un souci d’efficacité énergétique, sur la récupération d’énergie des rejets thermiques à basse température. Une analyse d’optimisation des technologies dans le but d’obtenir un système de revalorisation de chaleur rentable fait objet de cette recherche. Le but sera de soutirer la chaleur des rejets thermiques et de la réappliquer à un procédé industriel. Réduire la consommation énergétique d’une usine entre habituellement en conflit avec l’investissement requis pour les équipements de revalorisation de chaleur. Ce projet de maitrise porte sur l’application d’optimisations multiobjectives par algorithme génétique (GA) pour faciliter le design en retrofit des systèmes de revalorisation de chaleur industrielle. L’originalité de cette approche consiste à l’emploi du «fast non-dominant sorting genetic algorithm» ou NSGA-II dans le but de trouver les solutions optimales entre la valeur capitale et les pertes exergétiques des réseaux d’échangeurs de chaleur et de pompes à chaleur. Identifier les solutions optimales entre le coût et l’efficacité exergétique peut ensuite aider dans le processus de sélection d’un design approprié en considérant les coûts énergétiques. Afin de tester cette approche, une étude de cas est proposée pour la récupération de chaleur dans une usine de pâte et papier. Ceci inclut l’intégration d’échangeur de chaleur Shell&tube, d’échangeur à contact direct et de pompe à chaleur au réseau thermique existant. Pour l’étude de cas, le projet en collaboration avec Cascades est constitué de deux étapes, soit de ciblage et d’optimisation de solutions de retrofit du réseau d’échangeur de chaleur de l’usine de tissus Cascades à Kinsley Falls. L’étape de ciblage, basée sur la méthode d’analyse du pincement, permet d’identifier et de sélectionner les modifications de topologie du réseau d’échangeurs existant en y ajoutant de nouveaux équipements. Les scénarios résultants passent ensuite à l’étape d’optimisation où les modèles mathématiques pour chaque nouvel équipement sont optimisés afin de produire une courbe d’échange optimal entre le critère économique et exergétique. Pourquoi doubler l’analyse économique d’un critère d’exergie? D’abord, parce que les modèles économiques sont par définition de nature imprécise. Coupler les résultats des modèles économiques avec un critère exergétique permet d’identifier des solutions de retrofit plus efficaces sans trop s’éloigner d’un optimum économique. Ensuite, le rendement exergétique permet d’identifier les designs utilisant l’énergie de haute qualité, telle que l’électricité ou la vapeur, de façon plus efficace lorsque des sources d’énergie de basse qualité, telles que les effluents thermiques, sont disponibles. Ainsi en choisissant un design qui détruit moins d’exergie, il demandera un coût énergétique moindre. Les résultats de l’étude de cas publiés dans l’article montrent une possibilité de réduction des coûts en demande de vapeur de 89% tout en réduisant la destruction d’exergie de 82%. Dans certains cas de retrofit, la solution la plus justifiable économiquement est également très proche de la solution à destruction d’exergie minimale. L’analyse du réseau d’échangeurs et l’amélioration de son rendement exergétique permettront de justifier l’intégration de ces systèmes dans l’usine. Les diverses options pourront ensuite être considérées par Cascades pour leurs faisabilités technologiques et économiques sachant qu’elles ont été optimisées.

A la croisée des modèles du fédéralisme fiscal et coopératif : les résultats des réformes de répartition des tâches cantons-communes en Suisse

Les réformes de répartition des tâches entre cantons et communes appartiennent aux grandes réformes de politique locale en Suisse, c'est pourquoi elles font l'objet d'une thèse réalisée dans le cadre du programme de recherche ProDoc du Fonds national suisse sur la gouvernance locale (2009-2012). Lancées de manière périodique depuis les années 1970, ces réformes sont organisées pour clarifier le système d'allocation des tâches qui se modifie au coup par coup, avec l'évolution des politiques publiques. Ce thème actuel a été jusqu'à ce jour mis à l'écart des recherches en Suisse. Cette thèse comble cette lacune. Elle analyse sous quatre aspects (les références théoriques des réformes, leur processus de mise en oeuvre, leurs résultats, et leurs effets sur le système fédéraliste) douze grandes réformes canton-communes effectuées entre 1994-2007. Elle s'interroge notamment sur les mouvements de centralisation/décentralisation et de désenchevêtrement des tâches, en se référant à la littérature classique sur le fédéralisme et à deux modèles politico-économiques: le fédéralisme fiscal et le fédéralisme coopératif. Au niveau empirique, l'analyse se fonde sur une analyse documentaire des réformes Confédération - cantons, cantons- communes, sur un inventaire de compétences décisionnelles, financières et de mise en oeuvre transférées au cours de douze réformes cantonales, sur une enquête nationale menée auprès des secrétaires communaux en Suisse ainsi que sur des entretiens conduits auprès de responsables cantonaux chargés des affaires communales. L'étude met en évidence des similitudes entre les réformes conduites entre la Confédération et les cantons et les cantons et les communes notamment en ce qui concerne le cadre de référence soit : une répartition des tâches qui privilégie des tâches exclusives (self-rules) si possible décentralisées. Dans cet esprit, c'est pour l'ensemble des réformes que le principe du décideur payeur a été utilisé de sorte à supprimer les enchevêtrements et à assurer une coïncidence entre responsabilités décisionnelles et financières. Ceci a permis pour les douze réformes étudiées d'atteindre un important désenchevêtrement, en particulier au niveau financier. Sur ce plan, les réformes sont un succès. Ce désenchevêtrement s'accompagne d'une tendance à la centralisation des compétences principalement financières et de mise en oeuvre. Les domaines concernés relèvent particulièrement des politiques publiques fédérales mises en oeuvre par les cantons. Le cadre légal fédéral exerce donc une influence prépondérante sur la répartition des tâches canton-communes. Pour les tâches de compétences principalement cantonales, le mouvement vers la centralisation s'explique par plusieurs facteurs que l'analyse met en évidence. Parmi eux, le principal est le facteur culturel. Ainsi les cantons romands et les cantons plutôt à gauche optent plutôt pour des tâches centralisées et conjointes, alors que les cantons alémaniques préfèrent des arrangements décentralisés et des tâches menées exclusivement par un niveau. Outre une culture politique qui favorise la décentralisation, les réformes de Nouvelle gestion publique auxquels ont recouru plus fréquemment les cantons alémaniques expliquent la recherche d'un plus fort désenchevêtrement. La capacité administrative des communes (mesurée par la taille des communes) influence également la direction des transferts. Dans les douze réformes, on observe que lorsqu'un canton est formé de grandes communes, celles-ci obtiennent plus de compétences parce qu'elles ont la capacité de les assumer. Ceci est particulièrement vrai pour les communes de plus de 20'000 habitants qui bénéficient de délégation de compétences spécifiques, ce qui confirme l'existence d'un fédéralisme asymétrique. Ces points sont confirmés pas la perception des acteurs. De manière générale, les réformes n'ont pas bouleversé l'allocation des compétences décisionnelles canton-communes dans les douze cantons étudiés, sauf dans quelques cantons de Suisse centrale et orientale et à Bâle-Ville, où les réformes ont permis de décentraliser et de désenchevêtrer davantage de compétences, cette tendance est corroborée dans ces cantons par une augmentation de la perception de l'autonomie communale. Les réformes ne sont finalement pas parvenues à instaurer un changement de paradigme dans le système d'allocation des tâches canton-communes où les communes auraient vu leurs compétences renforcées.

Essays in equilibrium asset pricing

This thesis consists of four essays in equilibrium asset pricing. The main topic is investors' heterogeneity: I investigates the equilibrium implications for the financial markets when investors have different attitudes toward risk. The first chapter studies why expected risk and remuneration on the aggregate market are negatively related, even if intuition and standard theory suggest a positive relation. I show that the negative trade-off can obtain in equilibrium if investors' beliefs about economic fundamentals are procyclically biased and the market Sharpe ratio is countercyclical. I verify that such conditions hold in the real markets and I find empirical support for the risk-return dynamics predicted by the model. The second chapter consists of two essays. The first essay studies how het¬erogeneity in risk preferences interacts with other sources of heterogeneity and how this affects asset prices in equilibrium. Using perceived macroeconomic un¬certainty as source of heterogeneity, the model helps to explain some patterns of financial returns, even if heterogeneity is small as suggested by survey data. The second essay determines conditions such that equilibrium prices have analytical solutions when investors have heterogeneous risk attitudes and macroeconomic fundamentals feature latent uncertainty. This approach provides additional in-sights to the previous literature where models require numerical solutions. The third chapter studies why equity claims (i.e. assets paying a single future dividend) feature premia and risk decreasing with the horizon, even if standard models imply the opposite shape. I show that labor relations helps to explain the puzzle. When workers have bargaining power to exploit partial income insurance within the firm, wages are smoother and dividends are riskier than in a standard economy. Distributional risk among workers and shareholders provides a rationale to the equity short-term risk, which leads to downward sloping term structures of premia and risk for equity claim. Résumé Cette thèse se compose de quatre essais dans l'évaluation des actifs d'équilibre. Le sujet principal est l'hétérogénéité des investisseurs: J'étudie les implications d'équilibre pour les marchés financiers où les investisseurs ont des attitudes différentes face au risque. Le première chapitre étudie pourquoi attendus risque et la rémunération sur le marché global sont liées négativement, même si l'intuition et la théorie standard suggèrent une relation positive. Je montre que le compromis négatif peut obtenir en équilibre si les croyances des investisseurs sur les fondamentaux économiques sont procyclique biaisées et le ratio de Sharpe du marché est anticyclique. Je vérifier que ces conditions sont réalisées dans les marchés réels et je trouve un appui empirique à la dynamique risque-rendement prédites par le modèle. Le deuxième chapitre se compose de deux essais. Le première essai étudie com¬ment hétérogénéité dans les préférences de risque inter agit avec d'autres sources d'hétérogénéité et comment cela affecte les prix des actifs en équilibre. Utili¬sation de l'incertitude macroéconomique perù comme source d'hétérogénéité, le modèle permet d'expliquer certaines tendances de rendements financiers, même si l'hétérogénéité est faible comme suggéré par les données d'enquête. Le deuxième essai détermine des conditions telles que les prix d'équilibre disposer de solutions analytiques lorsque les investisseurs ont des attitudes des risques hétérogènes et les fondamentaux macroéconomiques disposent d'incertitude latente. Cette approche fournit un éclairage supplémentaire à la littérature antérieure où les modèles nécessitent des solutions numériques. Le troisième chapitre étudie pourquoi les equity-claims (actifs que paient un seul dividende futur) ont les primes et le risque décroissante avec l'horizon, mme si les modèles standards impliquent la forme opposée. Je montre que les relations de travail contribue à expliquer l'énigme. Lorsque les travailleurs ont le pouvoir de négociation d'exploiter assurance revenu partiel dans l'entreprise, les salaires sont plus lisses et les dividendes sont plus risqués que dans une économie standard. Risque de répartition entre les travailleurs et les actionnaires fournit une justification à le risque à court terme, ce qui conduit à des term-structures en pente descendante des primes et des risques pour les equity-claims.

The FCLT with Dependent Errors: an Helicopter Tour of the Quality of the Approximation

This note investigates the adequacy of the finite-sample approximation provided by the Functional Central Limit Theorem (FCLT) when the errors are allowed to be dependent. We compare the distribution of the scaled partial sums of some data with the distribution of the Wiener process to which it converges. Our setup is purposely very simple in that it considers data generated from an ARMA(1,1) process. Yet, this is sufficient to bring out interesting conclusions about the particular elements which cause the approximations to be inadequate in even quite large sample sizes.

Tests multiples simulés et tests de normalité basés sur plusieurs moments dans les modèles de régression

Cet article illustre l’applicabilité des méthodes de rééchantillonnage dans le cadre des tests multiples (simultanés), pour divers problèmes économétriques. Les hypothèses simultanées sont une conséquence habituelle de la théorie économique, de sorte que le contrôle de la probabilité de rejet de combinaisons de tests est un problème que l’on rencontre fréquemment dans divers contextes économétriques et statistiques. À ce sujet, on sait que le fait d’ignorer le caractère conjoint des hypothèses multiples peut faire en sorte que le niveau de la procédure globale dépasse considérablement le niveau désiré. Alors que la plupart des méthodes d’inférence multiple sont conservatrices en présence de statistiques non-indépendantes, les tests que nous proposons visent à contrôler exactement le niveau de signification. Pour ce faire, nous considérons des critères de test combinés proposés initialement pour des statistiques indépendantes. En appliquant la méthode des tests de Monte Carlo, nous montrons comment ces méthodes de combinaison de tests peuvent s’appliquer à de tels cas, sans recours à des approximations asymptotiques. Après avoir passé en revue les résultats antérieurs sur ce sujet, nous montrons comment une telle méthodologie peut être utilisée pour construire des tests de normalité basés sur plusieurs moments pour les erreurs de modèles de régression linéaires. Pour ce problème, nous proposons une généralisation valide à distance finie du test asymptotique proposé par Kiefer et Salmon (1983) ainsi que des tests combinés suivant les méthodes de Tippett et de Pearson-Fisher. Nous observons empiriquement que les procédures de test corrigées par la méthode des tests de Monte Carlo ne souffrent pas du problème de biais (ou sous-rejet) souvent rapporté dans cette littérature – notamment contre les lois platikurtiques – et permettent des gains sensibles de puissance par rapport aux méthodes combinées usuelles.

Aspects géométriques et intégrables des modèles de matrices aléatoires

Travail réalisé en cotutelle avec l'université Paris-Diderot et le Commissariat à l'Energie Atomique sous la direction de John Harnad et Bertrand Eynard.

Modèles de flammelette en combustion turbulente avec extinction et réallumage : étude asymptotique et numérique, estimation d’erreur a posteriori et modélisation adaptative

On s’intéresse ici aux erreurs de modélisation liées à l’usage de modèles de flammelette sous-maille en combustion turbulente non prémélangée. Le but de cette thèse est de développer une stratégie d’estimation d’erreur a posteriori pour déterminer le meilleur modèle parmi une hiérarchie, à un coût numérique similaire à l’utilisation de ces mêmes modèles. Dans un premier temps, une stratégie faisant appel à un estimateur basé sur les résidus pondérés est développée et testée sur un système d’équations d’advection-diffusion-réaction. Dans un deuxième temps, on teste la méthodologie d’estimation d’erreur sur un autre système d’équations, où des effets d’extinction et de réallumage sont ajoutés. Lorsqu’il n’y a pas d’advection, une analyse asymptotique rigoureuse montre l’existence de plusieurs régimes de combustion déjà observés dans les simulations numériques. Nous obtenons une approximation des paramètres de réallumage et d’extinction avec la courbe en «S», un graphe de la température maximale de la flamme en fonction du nombre de Damköhler, composée de trois branches et d’une double courbure. En ajoutant des effets advectifs, on obtient également une courbe en «S» correspondant aux régimes de combustion déjà identifiés. Nous comparons les erreurs de modélisation liées aux approximations asymptotiques dans les deux régimes stables et établissons une nouvelle hiérarchie des modèles en fonction du régime de combustion. Ces erreurs sont comparées aux estimations données par la stratégie d’estimation d’erreur. Si un seul régime stable de combustion existe, l’estimateur d’erreur l’identifie correctement ; si plus d’un régime est possible, on obtient une fac˛on systématique de choisir un régime. Pour les régimes où plus d’un modèle est approprié, la hiérarchie prédite par l’estimateur est correcte.