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Christophe PAOLI, MCF – HDR informatique
Contribution informatique ensciences pour l'environnement
-
Séminaire de Recherche-
Université GalatasarayDépartement de Génie Industriel
Faculté d’Ingénierie et de Technologie
1UdCPP/GSÜ/CNRS/MAE16/12/2014
Sommaire
Partie 1 : Parcours professionnel– Enseignement – Recherche
Partie 2 : Activités de recherche– Axe 1 : Test de systèmes électroniques – Axe 2 : Aide à la décision – Axe 3 : Modélisation de phénomènes
environnementaux
Partie 3 : Perspectives de recherche
16/12/2014 UdCPP/GSÜ/CNRS/MAE 2
Partie 1 : Parcours professionnel
Enseignement
Vice-doyen relations entreprises, InnovationWebmaster, Dématérialisation
Directeur du département info.
ETIGSÜMAE
Algorithmique, programmation, gestion de projetTh. des
lang.
MCF Informatique / FST / UdC PPATER
Web sémantique, IA, Prog. Concurrente, C2i, ISN
2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014
16/12/2014 3UdCPP/GSÜ/CNRS/MAE
Fonctions électives
ResponsableLicence info.
Activités de consultance
Partie 1 : Parcours professionnel
Recherche
16/12/2014 UdCPP/GSÜ/CNRS/MAE
2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014
Test de systèmes électroniques
Modélisation de phénomènes environnementaux
Aide à la décision
UMR CNRS 6134 SPEÉquipe « mod. et simulation »
UMR CNRS 6134 SPE Équipe « EnR »
4
Christophe PAOLI, MCF – HDR informatique
Partie 2 : Activités de recherche
Test de systèmes électroniques, Aide à la décision, Modélisation de phénomènes
environnementaux
16/12/2014 UdCPP/GSÜ/CNRS/MAE 5
Partie 2 : Activités de recherche
Axe 1 : Test de systèmes électroniques
– Motivations
– Vision
– Résultats
6UdCPP/GSÜ/CNRS/MAE16/12/2014
Entrées Sorties
2001 2002 2003 2004 2005
Test de systèmes électroniques
UMR CNRS 6134 SPEÉquipe « mod. et simulation »
VHDLif (in_1 = ‘1’) then ….
out_2 <= ‘0’;
Partie 2 : Activités de recherche
Axe 1 : Test de systèmes électroniques – Vision
• Modéliser le code VHDLen termes de graphes
• Extraire une couverture minimale des graphes
• Exprimer les chemins en contraintes
• Résoudre les contraintes et générer les stimuli et lessorties
• Validation logicielle puis matérielle
16/12/2014 UdCPP/GSÜ/CNRS/MAE 7
…V := ‘1’S <= VS = ‘1’
…
Partie 2 : Activités de recherche
Axe 1 : Test de systèmes électroniques
– Résultats
• Implémentation d’un prototype logiciel GENESI
• 2 contrats/projets de recherche
• Publications dans des conférences internationales
16/12/2014 UdCPP/GSÜ/CNRS/MAE 8
Entrées Sorties
Partie 2 : Activités de recherche
Axe 2 : Aide à la décision
– Motivations
– Vision
– Résultats
9UdCPP/GSÜ/CNRS/MAE16/12/2014
Aide à la décision
UMR CNRS 6134 SPE - Équipe « EnR »
Partie 2 : Activités de recherche
Axe 2 : Aide à la décision
– Motivations
• Recherche d’un processus d’aide à la décision efficient lors du montage et la réalisation de projets de grande dimension
– Centrales photovoltaïques, fermes éoliennes
• Conflits d’usage sous-estimés et manque d’acceptation sociale
10UdCPP/GSÜ/CNRS/MAE16/12/2014
Besoin d’une approche pluridisciplinaire : EnR, Economie, Recherche opérationnelle, Informatique
Partie 2 : Activités de recherche
Axe 2 : Aide à la décision
– Motivations
• Utilisation des méthodes d'Aide MultiCritère à la Décision (AMCD)
– Recherche de solutions de compromis, satisfaisantes plutôt qu’optimales
11UdCPP/GSÜ/CNRS/MAE16/12/2014
Critère
j1 j2 ... jn
Alt
ern
ati
ve a1 g1(a1) g2(a1) ... gn(a1)
a2 g1(a1) g2(a2) ... gn(a1)
... ... ... ... ...
an g1(an) g2(an) ... gn(an)
Echelles de valeurs, seuils, pondérations.
Partie 2 : Activités de recherche
Axe 2 : Aide à la décision
– Motivations
• Plateforme logicielle générique d‘AMCD – Decision Deck : http://www.decision-deck.org
• Standard informatique pour représenter les données– XMCDA : standard de données permettant de représenter les
données d’AMCD
12UdCPP/GSÜ/CNRS/MAE16/12/2014
Partie 2 : Activités de recherche
Axe 2 : Aide à la décision
– Motivations
20UdCPP/GSÜ/CNRS/MAE16/12/2014
Etude des langages de représentation des connaissances
• Formaliser un processus de décision pour un agent intelligent
• Améliorer la connaissance des données à disposition des acteurs du processus
• Faciliter la recherche et la remontée automatique d’information
• Illustrer la réalité de l’avènement d’une gouvernance électronique
Partie 2 : Activités de recherche
Axe 2 : Aide à la décision
– Résultats
• 1 sujet de thèse en collaboration avec 1 économiste
• Prototype logiciel , Projet « Decision-Deck »
• Conférences internationales, publication dans une revue de rang A
• Organisation des 73èmes journées de l’AMCD (Aide MultiCritère à la Décision) couplées aux 8èmes journées de travail du projet « Decision Deck »
– Recherche opérationnelle, Economie, Informatique
21UdCPP/GSÜ/CNRS/MAE16/12/2014
Partie 2 : Activités de recherche
Axe 3 : Modélisation de phénomènes environnementaux
– Problématiques
– Motivations
– Applications et résultats
22UdCPP/GSÜ/CNRS/MAE16/12/2014
2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014
Modélisation de phénomènes environnementaux
UMR CNRS 6134 SPE - Équipe « EnR »
Intelligence artificielle
Partie 2 : Activités de recherche
Axe 3 : Modélisation de phénomènes environnementaux
• Cyril VOYANT : « Prédiction de séries temporelles de rayonnement solaire global et de production d’énergie photovoltaïque à partir de réseaux de neurones artificiels »
• Wani TAMAS : « Prévision des concentrations de polluants atmosphériques en Corse »
• Kahina DAHMANI : « Utilisation des réseaux de neurones artificiels pour l’estimation du potentiel solaire »
16/12/2014 UdCPP/GSÜ/CNRS/MAE 23
Partie 2 : Activités de recherche
Axe 3 : Modélisation de phénomènes environnementaux – Problématiques
• Données
• Sélection de variables
• Hybridation de modèles
16/12/2014 UdCPP/GSÜ/CNRS/MAE 24
16/12/2014 UdCPP/GSÜ/CNRS/MAE 25
Partie 2 : Activités de recherche
Algorithme d’apprentissage
supervisé
Partie 2 : Activités de recherche
16/12/2014 UdCPP/GSÜ/CNRS/MAE 26
ARIMA, ARMA
Résolution
temporelle
Résolution
spatiale
0,01 km
0,1 km
1 km
10 km
100 km
0,1 h 1 h 10 h 100 h 100 h
persistance
ANN
NWP
Global
Méso-échelle
Micro-échelle
Partie 2 : Activités de recherche
Axe 3 : Modélisation de phénomènes environnementaux
– Motivations : Cyril VOYANT
• Prédiction des ressources : soleil et vent – Gestion optimale de la transition entre énergies intermittentes
et conventionnelles
– Construire un outil de prédiction adaptable à différentes localités et à différents horizons
– Horizons susceptibles d’intéresser un gestionnaire de réseau : j+1, h+24, h+1 et m+5
28UdCPP/GSÜ/CNRS/MAE16/12/2014
Partie 2 : Activités de recherche
Axe 3 : Modélisation de phénomènes environnementaux
– Applications et résultats : Cyril VOYANT
16/12/2014 UdCPP/GSÜ/CNRS/MAE 29
Villes Base Période Variables
exogènes
(mesurées + ALADIN)
Ajaccio horaire 1971 à 1989
et 1998 à 2007
P,N,T,Ws,Wd,
PKW,RP,RH,Su
Bastia horaire 1998 à 2007 idem
Marseille horaire 1998 à 2007 idem
Montpellier horaire 1998 à 2007 idem
Nice horaire 1998 à 2007 idem
Partie 2 : Activités de recherche
16/12/2014 UdCPP/GSÜ/CNRS/MAE 30
Axe 3 : Modélisation de phénomènes environnementaux
– Applications et résultats : Cyril VOYANT
HorizonStationna-
risation
Variables
exogènes
(mesurées
+ ALADIN)
Hiérarchie des
prédicteursIntérêt
Erreur
(nRMSE)
j+1 oui Su,N,RHPMC>ARMA>
persistance++ 23,4%
h+1 oui N,P,RP
Hybride
PMC/ARMA >
PMC>ARMA>
persistance
+++ 14,9%
h+24 ouiPMC>ARMA>
persistance+ 27,3%
m+5 nonPMC> ARMA>
persistance+ 20,2%
20102011
2012
20122012
2013
2014
2014
5-Year Impact Factor: ~5
Partie 2 : Activités de recherche
Axe 3 : Modélisation de phénomènes environnementaux
– Motivations : Wani TAMAS
• Prédiction de pics de pollutions– Qualitair Corse : Association Agréée de Surveillance de la
Qualité de l‘Air (AASQA) en Corse
– Besoin d’un outil de prévision de concentration de polluants atmosphériques adapté
– Anticiper la formation de pics de pollution et permettre l’information des citoyens et des autorités
31UdCPP/GSÜ/CNRS/MAE16/12/2014
Partie 2 : Activités de recherche
16/12/2014 UdCPP/GSÜ/CNRS/MAE 32
Axe 3 : Modélisation de phénomènes environnementaux
– Applications et résultats : Wani TAMAS
Ville Stations Catégorie
Hauteur niveau
moyen de la
mer
Polluants
mesurés
Bastia
Giraud Urbain 60 mNO2 O3 PM10
SO2
Montesoro périurbain 47 m NO2 O3 PM2.5
St Nicolas Trafic 5 m NO2 PM10
La Marana Industriel 15 mNO2 O3 PM10
SO2
Venaco Venaco Rural 653 mNO2 O3 PM10
PM2.5
Ajaccio
Canetto Urbain 39 mNO2 O3 PM10
SO2
Sposata périurbain 60 m NO2 O3
Piataniccia Industriel 30 mNO2 O3 PM10
SO2
Diamant Trafic 12 m NO2 PM10
Partie 2 : Activités de recherche
16/12/2014 UdCPP/GSÜ/CNRS/MAE 33
Axe 3 : Modélisation de phénomènes environnementaux
– Applications et résultats : Wani TAMAS
Cas horaire
W. Tamas et al., « Urban ozone concentration forecasting with artificial neural network in Corsica », International Conference EENVIRO, 2013
Résultats comparables à la littérature
Partie 2 : Activités de recherche
16/12/2014 UdCPP/GSÜ/CNRS/MAE 34
Axe 3 : Modélisation de phénomènes environnementaux
– Applications et résultats : Wani TAMAS
• Hybridation de modèles– Développement de modèles partiels
par classification capturant certains aspects du système
– Création de scenarii de prédiction à partir de ces modèles partiels
Détection de pics
W. Tamas et al., « Combinaison of multilayer perceptron and clustering models for PM10, O3 and NO2 hourly concentrationforecasting improvement in high concentration situations »,, 2015
5-Year Impact Factor: 4.275
Partie 2 : Activités de recherche
16/12/2014 UdCPP/GSÜ/CNRS/MAE 36
Axe 3 : Modélisation de phénomènes environnementaux
– Applications et résultats : Wani TAMAS
• Développement d’outils logiciels – Recherche et développement
» Gestion et visualisation de données/résultats
» Expérimentations et archivage
– Application web : Aurélia BALU
» Aide au prévisionniste
Partie 2 : Activités de recherche
16/12/2014 UdCPP/GSÜ/CNRS/MAE 37
Axe 3 : Modélisation de phénomènes environnementaux
– Applications et résultats : Wani TAMAS• Développement d’outils logiciels
Partie 2 : Activités de recherche
16/12/2014 UdCPP/GSÜ/CNRS/MAE 38
Axe 3 : Modélisation de phénomènes environnementaux
– Applications et résultats : Wani TAMAS• Développement d’outils logiciels
Partie 2 : Activités de recherche
Axe 3 : Modélisation de phénomènes environnementaux
– Motivations : Kahina DAHMANI
• Estimation du rayonnement incliné – Complexité de développer des modèles convertissant
rayonnement solaire global horizontal en rayonnement incliné
– Causes
» Radiation réfléchie par le sol
» Partie du ciel non visible pour une surface inclinée
» Données relativement rares
39UdCPP/GSÜ/CNRS/MAE16/12/2014
Partie 2 : Activités de recherche
Motivations
16/12/2014 UdCPP/GSÜ/CNRS/MAE 40
b
Diffus réfléchi
par le sol
Diffus du ciel
inclinaison
normal
DirecteAérosols
Fins nuages
Nuages
Radiation solaire réfléchie
vers l’espace
Molécules d’air
Radiation diffuse
anisotropique
Radiation directe
PLAN HORIZONTAL PLAN INCLINE
Partie 2 : Activités de recherche
16/12/2014 UdCPP/GSÜ/CNRS/MAE 41
Axe 3 : Modélisation de phénomènes environnementaux
– Applications et résultats : Kahina DAHMANI
Villes Base Période Inclinaison
Vignola/Ajaccio horaire, 10 min depuis 2007 45° et 60°
Bouzareah/Alger 5 minavril 2011
à mars 201336,8°
Partie 2 : Activités de recherche
Axe 3 : Modélisation de phénomènes environnementaux – Applications et résultats : Kahina DAHMANI
• Base 10 min à Vignola/Ajaccio : nRMSE ~ 9% pour la configuration optimale.
• Base horaire à Vignola/Ajaccio : nRMSE ~ 6% pour la configuration optimale
• Base 5 min à Bouzareah/Alger : nRMSE ~ 8% pour la configuration optimale
16/12/2014 UdCPP/GSÜ/CNRS/MAE 42
Résultats comparables à la littérature 2014
2013
2013
5-Year Impact Factor: ~5
Christophe PAOLI, MCF – HDR informatique
Partie 3 : Perspectives de recherche
Aide à la décision, smart grids, prédiction
16/12/2014 UdCPP/GSÜ/CNRS/MAE 43
Partie 3 : Perspectives de recherche
Aide à la décision– Organiser une manifestation scientifique
• Recherche opérationnelle, Economie, Informatique
– Possibilités • Journées de l’AMCD (Aide MultiCritère à la Décision)
– http://www.cs.put.poznan.pl/ewgmcda
– http://www.euro-online.org
• Workshop du projet « Decision Deck »– http://www.decision-deck.org/project/
UdCPP/GSÜ/CNRS/MAE 4416/12/2014
Partie 3 : Perspectives de recherche
Aide à la décision
– Proposition de co-diplôme : Master Recherche
• M2 OSIL : Optimisation des Systèmes Industriels et Logistiques
• Pr. Vincent MOUSSEAU
• http://www.lgi.ecp.fr/~mousseau/OSIL/pmwiki-2.1.27/pmwiki.php/Main/HomePage
16/12/2014 UdCPP/GSÜ/CNRS/MAE 45
Partie 3 : Perspectives de recherche
Energies Renouvelables – Insertion de moyens de production utilisant des sources
intermittentes (aussi appelées « fatales ») pose plusieurs pbs
• pas de puissance garantie : obligation de faire appel en permanence à d’autres moyens de production en réserve
• intermittence: obligation de compenser les variations de puissance par d’autres centrales disposant de réserve et capables de réagir immédiatement
• sensibilité aux chutes de tension et de fréquence induisant des coupures d’électricité et l’augmentation des incidents
• non participation à la stabilité du réseau électrique et à la qualité du courant
16/12/2014 UdCPP/GSÜ/CNRS/MAE 46
Pilotage des « smart grids » ou réseaux intelligents
Partie 3 : Perspectives de recherche
Pilotage des « smart grids » ou réseaux intelligents
– Etablissement d’un « benchmark »
– Hiérarchisation des différents prédicteurs
– Définition de stratégies de gestion intelligente de l'énergie, et donc d'algorithmes, au sein des outils de contrôle-commande
UdCPP/GSÜ/CNRS/MAE 4716/12/2014
Prédiction, aide à la décision, VHDL
H2020
Réseau
HTA 15kV
Poste de
livraison
Charge PO.1
Bureaux INSEME
18 kW max
Charge PO.2
Logements
36 kW max
PV 28 MYRTE
19 kWc
PV sur toiture terrasse 1
5 kWc
Ombrière PV3
10 kWc
Châssis PV1
10 kWc
Tracker MCPV
3 kWc
Trackers PV
10 kWc
Tracker HCPV
8 kWc
EOLIENNES
2 x
3,5kW
Stockage
Chaleur
100 kWh
100 kWth
Centrale
TH 1
100 kWth
Centrale
TH 2
100 kWth
Turbine ORC
esclave
10 kWc
Batterie Plomb
60 kWh
8 kW
Hall central
Stockages
Ombrière
PV
Châssis
M-CPV
Voile
H-CPV
Trackers
PV
Stockages
inertiels
Châssis PV
(réserve)
Châssis PV
(réserve)
MillenerToiture PV -
Solion
Partie 3 : Perspectives de recherche
Perspectives
– Prédiction de vitesses de vent
– Impacts des polluants sur la productivité des systèmes énergétiques solaires
– Couplage de modèles de prédiction statistiques et modèles de chimie transport
UdCPP/GSÜ/CNRS/MAE 5016/12/2014
Partie 3 : Perspectives de recherche
Perspectives– Laboratoire d’aérologie (LA/OMP, CNRS / Université Paul Sabatier) et
du laboratoire Sciences pour l'environnement (SPE, CNRS / Université de Corse)
– 1er simulateur européen de propagation à grande échelle des feux de forêt
• http://forefire.univ-corse.fr/
16/12/2014 UdCPP/GSÜ/CNRS/MAE 51