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Depuis plusieurs années, les technologies de l’information et de la communication connaissent un développement spectaculaire. Le trafic d’information augmente exponentiellement alors que l’évolution de l’efficacité énergétique des réseaux, définie généralement comme le rapport entre l’énergie utile en sortie du système et l’énergie totale fournie au système, n’augmente que de manière linéaire. Pour soutenir la demande de trafic, il est alors nécessaire de multiplier les équipements réseaux ce qui augment la facture énergétique des opérateurs et les émissions de gaz carbonique. Devant l’urgence de la situation, de nombreux projets et consortiums ont été créés avec l’objectif de renforcer l’efficacité énergétique des réseaux. Par exemple, le consortium GreenTouch™ fondé en 2010 a pour objectif d’améliorer l’efficacité énergétique des réseaux d’un facteur 1000 d’ici 2015 et de réduire leur consommation énergétique de 90% d’ici 2020 (par rapport à 2010). Le projet METIS a pour objectif de définir les télécommunications de 2020 (5G) cherche des solutions efficaces minimisant les coûts, les ressources et la consommation énergétique. Le projet MiWEBA qui intègre les ondes millimétrique aux communications mobiles dans le but d’augmenter la capacité du réseau d’un facteur 1000 avec un coût raisonnable.Dans cette thèse, nous abordons deux solutions répondant aux challenges de la 5G et permettant de réduire les niveaux des puissances rayonnées par les systèmes de télécommunications : l’amélioration de la couche physique via les techniques de focalisation spatiale et l’adaptation de lien multi-technologies. L’objectif principal de la thèse est de réaliser des transmissions de données très haut débit à forte efficacité énergétique à l’aide d’une connectivité multi-technologies sans coutures y compris dans des réseaux comprenant une multitude de périphériques à faible complexité.L’organisation de la thèse est la suivante : tout d’abord, l’implémentation de techniques de focalisation spatiale, le Retournement Temporel (RT) et l’EGT (Equal Gain Transmission), dans un système utilisant les dernières évolutions du standard IEEE 802.11, notamment l’intégration d’une composante 60 GHz, est étudiée. Les performances de ces techniques sont analysées de manière à identifier les conditions optimales de leur utilisation et il est montré qu’avec un minimum de deux antennes de transmission, elles permettent d’améliorer les performances énergétiques des systèmes tout en ayant une faible complexité d’implémentation. Des modifications du standard permettant d’augmenter l’efficacité énergétique sont également proposées. Une analyse cross-layer est ensuite réalisée afin de définir protocoles d’estimation de canal tenant compte des spécificités du RT. De plus, les améliorations énergétiques liées à l’utilisation du RT sont confirmées en tenant compte des dégradations des performances de la couche de liaison. Enfin, une métrique d’occupation temporelle est définie et associée à des techniques d’adaptation de lien mono et multi-technologies existantes dans le but d’améliorer la sélection d‘interfaces de transmission pour augmenter l’efficacité énergétique sans affecter les performances des systèmes utilisant un accès aléatoire au canal de communication. L’utilisation de cette métrique permet, dans certaines configurations, d’augmenter d’un facteur sept l’efficacité énergétique d’un système utilisant le Wi-Fi et, dans le cas multi-technologies, de répartir le trafic sur les différentes interfaces de transmission afin d’éviter la saturation des canaux de communication. Over the past few years, information and communications technologies have experienced a spectacular development. Traffic demand grows exponentially while energy efficiency of networks –usually defined as the ratio between delivered power and supplied power- only increases linearly. In order to supply the data traffic, it is necessary to duplicate networks equipments increasing energy costs for operators and carbon dioxide emissions. To face this dramatic situation, several projects and consortiums have been created and aim to increase networks energy efficiency. For instance, the GreenTouch™ consortium funded in 2010 aims to improve networks energy efficiency by a factor 1000 by 2015 and to reduce energy consumption of TICs by 90% by 2020 (compared with 2010 levels). METIS project aims to define 2020s communications (5G) search for efficient solutions with low costs, low resources use and low power consumption of systems. MiWEBA project brings millimeter-waves into the mobile radio word to extend the network capacity by 1000 at reasonable cost.In this thesis we study two solutions to answer 5G challenges and reduce radiated power levels of telecommunications systems: physical layer improvements through spatial focalization techniques and multi-technologies link adaptation. This thesis main goal is to achieve very high data transmission rates with high energy efficiency and seamless connectivity using multiple-interfaces technologies even in networks composed of a high number of low-complexity devices.The thesis is organized as follows: first, Time Reversal (TR) and Equal Gain Transmission (EGT) implementation is studied and applied to a system using the latest amendments of IEEE 802.11 standard, including 60 GHz transmissions. Performance of these techniques is analyzed in order to identify optimal conditions of use and it is shown that they only require a minimum of two transmit antennas to increase the energetic performance of systems while having a low implementation complexity. Standard modifications allowing an increase of energy efficiency are proposed. Then, a cross-layer analysis is performed to define channel estimation protocols taking TR specificities into account. Moreover, TR energetic benefits are validated considering its drawbacks at the link layer level. Finally, a time-availability metric is defined and associated to existing mono or multi-technologies adaptation techniques and aim to increase energy efficiency without degrading the performance of systems using random access to the communication channel. This metrics allows –in some configurations- to increase by a factor seven the energy efficiency of a system using Wi-Fi and, in a multi-technologies scenario, to allocate the data traffic to the several interfaces in order to avoid communication channels saturation.

Depuis plusieurs années, les technologies de l’information et de la communication connaissent un développement spectaculaire. Le trafic d’information augmente exponentiellement alors que l’évolution de l’efficacité énergétique des réseaux, définie généralement comme le rapport entre l’énergie utile en sortie du système et l’énergie totale fournie au système, n’augmente que de manière linéaire. Pour soutenir la demande de trafic, il est alors nécessaire de multiplier les équipements réseaux ce qui augment la facture énergétique des opérateurs et les émissions de gaz carbonique. Devant l’urgence de la situation, de nombreux projets et consortiums ont été créés avec l’objectif de renforcer l’efficacité énergétique des réseaux. Par exemple, le consortium GreenTouch™ fondé en 2010 a pour objectif d’améliorer l’efficacité énergétique des réseaux d’un facteur 1000 d’ici 2015 et de réduire leur consommation énergétique de 90% d’ici 2020 (par rapport à 2010). Le projet METIS a pour objectif de définir les télécommunications de 2020 (5G) cherche des solutions efficaces minimisant les coûts, les ressources et la consommation énergétique. Le projet MiWEBA qui intègre les ondes millimétrique aux communications mobiles dans le but d’augmenter la capacité du réseau d’un facteur 1000 avec un coût raisonnable.Dans cette thèse, nous abordons deux solutions répondant aux challenges de la 5G et permettant de réduire les niveaux des puissances rayonnées par les systèmes de télécommunications : l’amélioration de la couche physique via les techniques de focalisation spatiale et l’adaptation de lien multi-technologies. L’objectif principal de la thèse est de réaliser des transmissions de données très haut débit à forte efficacité énergétique à l’aide d’une connectivité multi-technologies sans coutures y compris dans des réseaux comprenant une multitude de périphériques à faible complexité.L’organisation de la thèse est la suivante : tout d’abord, l’implémentation de techniques de focalisation spatiale, le Retournement Temporel (RT) et l’EGT (Equal Gain Transmission), dans un système utilisant les dernières évolutions du standard IEEE 802.11, notamment l’intégration d’une composante 60 GHz, est étudiée. Les performances de ces techniques sont analysées de manière à identifier les conditions optimales de leur utilisation et il est montré qu’avec un minimum de deux antennes de transmission, elles permettent d’améliorer les performances énergétiques des systèmes tout en ayant une faible complexité d’implémentation. Des modifications du standard permettant d’augmenter l’efficacité énergétique sont également proposées. Une analyse cross-layer est ensuite réalisée afin de définir protocoles d’estimation de canal tenant compte des spécificités du RT. De plus, les améliorations énergétiques liées à l’utilisation du RT sont confirmées en tenant compte des dégradations des performances de la couche de liaison. Enfin, une métrique d’occupation temporelle est définie et associée à des techniques d’adaptation de lien mono et multi-technologies existantes dans le but d’améliorer la sélection d‘interfaces de transmission pour augmenter l’efficacité énergétique sans affecter les performances des systèmes utilisant un accès aléatoire au canal de communication. L’utilisation de cette métrique permet, dans certaines configurations, d’augmenter d’un facteur sept l’efficacité énergétique d’un système utilisant le Wi-Fi et, dans le cas multi-technologies, de répartir le trafic sur les différentes interfaces de transmission afin d’éviter la saturation des canaux de communication. Over the past few years, information and communications technologies have experienced a spectacular development. Traffic demand grows exponentially while energy efficiency of networks –usually defined as the ratio between delivered power and supplied power- only increases linearly. In order to supply the data traffic, it is necessary to duplicate networks equipments increasing energy costs for operators and carbon dioxide emissions. To face this dramatic situation, several projects and consortiums have been created and aim to increase networks energy efficiency. For instance, the GreenTouch™ consortium funded in 2010 aims to improve networks energy efficiency by a factor 1000 by 2015 and to reduce energy consumption of TICs by 90% by 2020 (compared with 2010 levels). METIS project aims to define 2020s communications (5G) search for efficient solutions with low costs, low resources use and low power consumption of systems. MiWEBA project brings millimeter-waves into the mobile radio word to extend the network capacity by 1000 at reasonable cost.In this thesis we study two solutions to answer 5G challenges and reduce radiated power levels of telecommunications systems: physical layer improvements through spatial focalization techniques and multi-technologies link adaptation. This thesis main goal is to achieve very high data transmission rates with high energy efficiency and seamless connectivity using multiple-interfaces technologies even in networks composed of a high number of low-complexity devices.The thesis is organized as follows: first, Time Reversal (TR) and Equal Gain Transmission (EGT) implementation is studied and applied to a system using the latest amendments of IEEE 802.11 standard, including 60 GHz transmissions. Performance of these techniques is analyzed in order to identify optimal conditions of use and it is shown that they only require a minimum of two transmit antennas to increase the energetic performance of systems while having a low implementation complexity. Standard modifications allowing an increase of energy efficiency are proposed. Then, a cross-layer analysis is performed to define channel estimation protocols taking TR specificities into account. Moreover, TR energetic benefits are validated considering its drawbacks at the link layer level. Finally, a time-availability metric is defined and associated to existing mono or multi-technologies adaptation techniques and aim to increase energy efficiency without degrading the performance of systems using random access to the communication channel. This metrics allows –in some configurations- to increase by a factor seven the energy efficiency of a system using Wi-Fi and, in a multi-technologies scenario, to allocate the data traffic to the several interfaces in order to avoid communication channels saturation.

In order to promote the energy transition and ensure current and future energy production, the technology of thermodynamic solar power plants is among the most interesting. The installation and maintenance of such devices require being able to characterize, calibrate and adjust the optical elements allowing the collection and concentration of direct solar flux. This study concerns more especially the heliostats of tower power plants, whose proper functioning depends on their correct solar tracking, the alignment of these mirrors and their curvature. This manuscript proposes a study concerning so-called “backward-gazing” methods allowing the detection of surface slope defects of heliostats. First of all, the study concerns the numerical and then experimental optimization of a method using four cameras, for which the development was carried out from previous work. The principle of this method is based on knowing the brightness profile of the Sun, associated with the observation of the heliostat from four points of view. The study then turns to the development and study of two backward-gazing methods using only one camera. The principles of these methods are also based on the knowledge of the solar brightness profile, but differ in the way of reconstructing the surface slopes. Rather than observe the heliostat from multiple points of view, the first of the two new methods uses the natural movement of the Sun to virtually multiply the points of view, while the second uses the multiplication of the measurement points on the surface of the heliostat. The second backward-gazing method with one camera is then applied to experimental data, obtained during the measurement campaigns. The sources of error are identified and theimprovements to be made are proposed at the end of this manuscript, in the perspective of an industrial scale development. Afin de favoriser la transition énergétique et d’assurer la production d’énergie actuelle et future, la technologie des centrales solaires thermodynamiques figure parmi les plus intéressantes. La mise en place et la maintenance de tels dispositifs nécessite d’être en mesure de caractériser, de calibrer et de régler les éléments optiques permettant la collection et la concentration du flux solaire direct. Cette étude traite tout particulièrement des héliostats de centrales à tour, dont le bon fonctionnement dépend de son suivi solaire correct, de l’alignement de ces miroirs ainsi que de leur courbure. Ce manuscrit propose une étude concernant des méthodes dites de « rétro-visée » permettant de détecter les défauts de pentes de surface des héliostats. L’étude concerne tout d’abord l’optimisation numérique puis expérimentale d’une méthode utilisant quatre caméras, et dont le développement a été effectué à partir de travaux antérieurs. Le principe de cette méthode repose sur la connaissance du profil de luminance du Soleil, associé à l’observation de l’héliostat depuis quatre points de vue. L’étude porte ensuite sur le développement et l’étude de deux méthodes de rétro-visée n’utilisant qu’une seule caméra. Les principes de ces méthodes sont également basés sur la connaissance du profil de luminance solaire, mais diffèrent dans la façon de reconstruire les pentes de surface. A défaut d’observer l’héliostat depuis plus points de vue, la première des deux nouvelles méthodes utilise le mouvement naturel du Soleil pour multiplier virtuellement les points de vue, tandis que la seconde utilise la multiplication des points de mesures à la surface de l’héliostat. La seconde méthode de rétro-visée à une caméra est ensuite appliquée à des images expérimentales, réalisées durant les campagnes de mesures. Les sources d’erreur sont identifiées et les améliorations à apporter sont proposées à la fin de ce manuscrit, dans la perspective d’un développement à l’échelle industrielle.

In order to promote the energy transition and ensure current and future energy production, the technology of thermodynamic solar power plants is among the most interesting. The installation and maintenance of such devices require being able to characterize, calibrate and adjust the optical elements allowing the collection and concentration of direct solar flux. This study concerns more especially the heliostats of tower power plants, whose proper functioning depends on their correct solar tracking, the alignment of these mirrors and their curvature. This manuscript proposes a study concerning so-called “backward-gazing” methods allowing the detection of surface slope defects of heliostats. First of all, the study concerns the numerical and then experimental optimization of a method using four cameras, for which the development was carried out from previous work. The principle of this method is based on knowing the brightness profile of the Sun, associated with the observation of the heliostat from four points of view. The study then turns to the development and study of two backward-gazing methods using only one camera. The principles of these methods are also based on the knowledge of the solar brightness profile, but differ in the way of reconstructing the surface slopes. Rather than observe the heliostat from multiple points of view, the first of the two new methods uses the natural movement of the Sun to virtually multiply the points of view, while the second uses the multiplication of the measurement points on the surface of the heliostat. The second backward-gazing method with one camera is then applied to experimental data, obtained during the measurement campaigns. The sources of error are identified and theimprovements to be made are proposed at the end of this manuscript, in the perspective of an industrial scale development. Afin de favoriser la transition énergétique et d’assurer la production d’énergie actuelle et future, la technologie des centrales solaires thermodynamiques figure parmi les plus intéressantes. La mise en place et la maintenance de tels dispositifs nécessite d’être en mesure de caractériser, de calibrer et de régler les éléments optiques permettant la collection et la concentration du flux solaire direct. Cette étude traite tout particulièrement des héliostats de centrales à tour, dont le bon fonctionnement dépend de son suivi solaire correct, de l’alignement de ces miroirs ainsi que de leur courbure. Ce manuscrit propose une étude concernant des méthodes dites de « rétro-visée » permettant de détecter les défauts de pentes de surface des héliostats. L’étude concerne tout d’abord l’optimisation numérique puis expérimentale d’une méthode utilisant quatre caméras, et dont le développement a été effectué à partir de travaux antérieurs. Le principe de cette méthode repose sur la connaissance du profil de luminance du Soleil, associé à l’observation de l’héliostat depuis quatre points de vue. L’étude porte ensuite sur le développement et l’étude de deux méthodes de rétro-visée n’utilisant qu’une seule caméra. Les principes de ces méthodes sont également basés sur la connaissance du profil de luminance solaire, mais diffèrent dans la façon de reconstruire les pentes de surface. A défaut d’observer l’héliostat depuis plus points de vue, la première des deux nouvelles méthodes utilise le mouvement naturel du Soleil pour multiplier virtuellement les points de vue, tandis que la seconde utilise la multiplication des points de mesures à la surface de l’héliostat. La seconde méthode de rétro-visée à une caméra est ensuite appliquée à des images expérimentales, réalisées durant les campagnes de mesures. Les sources d’erreur sont identifiées et les améliorations à apporter sont proposées à la fin de ce manuscrit, dans la perspective d’un développement à l’échelle industrielle.

Les politiques publiques de transition énergétique se traduisent en Alsace par une multiplication des projets de centrales de géothermie profonde. Toutefois, leur émergence dans des territoires à forte densité de population va susciter une controverse et de vives discussions notamment quant à la répartition des bénéfices et des risques entre les municipalités. Nous proposons une étude sociodiscursive des récits territoriaux, fortement contrastés, produits par deux communes. D’un côté, Illkirch-Graffenstaden met en avant un volontarisme municipal servant un discours promotionnel du territoire. De l’autre, Eckbolsheim appelle à une négociation avec les pouvoirs publics et à la constitution d’une expertise pluraliste. Or, ces deux discours vont mobiliser des contrats relationnels et des imaginaires différenciés à l’endroit des résidents de ces deux villes, variant entre public « profane » et public « citoyen ». Energy transition public policies have led to the multiplication of deep geothermal power plant projects in Alsace. However, their emergence in a densely populated territory has generated controversies. In particular, the distribution of benefits and risks between municipalities of Strasbourg Eurometropolis is discussed. We propose a socio-discursive study of territorial narratives produced by two municipalities that appear strongly contrasted. On the one hand, Illkirch-Graffenstaden highlights a municipal voluntarism aiming at promoting its territory. On the other hand, Eckbolsheim calls for negotiations with public authorities and for the constitution of a pluralist expertise. However, each of these two discourses mobilizes specific relation and imaginary contracts with regards the residents of these two cities, varying between "lay" public and "citizen" public. International audience

Les politiques publiques de transition énergétique se traduisent en Alsace par une multiplication des projets de centrales de géothermie profonde. Toutefois, leur émergence dans des territoires à forte densité de population va susciter une controverse et de vives discussions notamment quant à la répartition des bénéfices et des risques entre les municipalités. Nous proposons une étude sociodiscursive des récits territoriaux, fortement contrastés, produits par deux communes. D’un côté, Illkirch-Graffenstaden met en avant un volontarisme municipal servant un discours promotionnel du territoire. De l’autre, Eckbolsheim appelle à une négociation avec les pouvoirs publics et à la constitution d’une expertise pluraliste. Or, ces deux discours vont mobiliser des contrats relationnels et des imaginaires différenciés à l’endroit des résidents de ces deux villes, variant entre public « profane » et public « citoyen ». Energy transition public policies have led to the multiplication of deep geothermal power plant projects in Alsace. However, their emergence in a densely populated territory has generated controversies. In particular, the distribution of benefits and risks between municipalities of Strasbourg Eurometropolis is discussed. We propose a socio-discursive study of territorial narratives produced by two municipalities that appear strongly contrasted. On the one hand, Illkirch-Graffenstaden highlights a municipal voluntarism aiming at promoting its territory. On the other hand, Eckbolsheim calls for negotiations with public authorities and for the constitution of a pluralist expertise. However, each of these two discourses mobilizes specific relation and imaginary contracts with regards the residents of these two cities, varying between "lay" public and "citizen" public. International audience

Les invasions biologiques et les espèces natives en expansion sont deux problématiques en écologie particulièrement importantes dans le contexte des changements globaux. Pour explorer les mécanismes sous‐jacents, prévoir l’évolution future et fournir une aide à la décision, la modélisation est devenue un outil incontournable. Ce mémoire d’HDR illustre les approches de modélisation que j’ai développées jusqu’à ce jour pour répondre à ces enjeux à travers différents modèles biologiques et leurs problématiques associées. Les cas d’études couvrent les étapes successives d’une invasion : les risques d’entrée, d’établissement et d’expansion des espèces. Plus précisément, un premier modèle décrit les risques d’entrée d’espèces invasives en Europe avec l’importation de bois, un second modèle décrit les capacités d’établissement en lien avec les effets Allee, et enfin différents modèles décrivent l’expansion potentielle d’espèces invasives et d’espèces natives en expansion (modèles génériques d’expansion, expansion d’espèces sociales invasives, expansion d’un organisme invasif en association phorétique avec un insecte natif, et espèces natives en expansion en lien avec le changement climatique et les activités humaines). En quantifiant ces risques et en fournissant de nouveaux outils, certains de ces travaux de modélisation ont ainsi contribué à une meilleure gestion des risques dans le domaine de la santé des végétaux. À l’avenir les modèles, pour être plus proches de la réalité et avoir une puissance prédictive plus élevée, devront mieux prendre en compte la variabilité intra‐spécifique des populations, la variabilité du climat, l’hétérogénéité du paysage ainsi que l’interaction entre les espèces et l’efficacité des mesures de lutte. Biological invasions and range expansion of native species are two important issues in ecology in the frame of global change. To explore the underlying mechanisms, to predict future changes and to support decision‐making, modelling has become a major tool. This habilitation dissertation reports the modelling approaches I have used until now to address these issues based on various biological models and associated features. Case studies tackle the successive steps of an invasion: entry, establishment and spread. More precisely, the first model describes the introduction risk of invasive species in Europe with imported wood, the second model describes the establishment capabilities taking into account Allee effects, and then various models describe the potential spread of invasive or native species (generic spread module, range expansion of invasive social insects, range expansion of an invasive organism carried by a native insect species, range expansion of native species in relation with climate change and human activities). By quantifying these risks and providing new tools, some of these models have contributed to a better pest risk management in plant health. In the future, to increase realism and prediction levels, these models should include intra‐specific variability of populations, climate variability, landscape heterogeneity, species interaction and efficacy of control measures.

Les invasions biologiques et les espèces natives en expansion sont deux problématiques en écologie particulièrement importantes dans le contexte des changements globaux. Pour explorer les mécanismes sous‐jacents, prévoir l’évolution future et fournir une aide à la décision, la modélisation est devenue un outil incontournable. Ce mémoire d’HDR illustre les approches de modélisation que j’ai développées jusqu’à ce jour pour répondre à ces enjeux à travers différents modèles biologiques et leurs problématiques associées. Les cas d’études couvrent les étapes successives d’une invasion : les risques d’entrée, d’établissement et d’expansion des espèces. Plus précisément, un premier modèle décrit les risques d’entrée d’espèces invasives en Europe avec l’importation de bois, un second modèle décrit les capacités d’établissement en lien avec les effets Allee, et enfin différents modèles décrivent l’expansion potentielle d’espèces invasives et d’espèces natives en expansion (modèles génériques d’expansion, expansion d’espèces sociales invasives, expansion d’un organisme invasif en association phorétique avec un insecte natif, et espèces natives en expansion en lien avec le changement climatique et les activités humaines). En quantifiant ces risques et en fournissant de nouveaux outils, certains de ces travaux de modélisation ont ainsi contribué à une meilleure gestion des risques dans le domaine de la santé des végétaux. À l’avenir les modèles, pour être plus proches de la réalité et avoir une puissance prédictive plus élevée, devront mieux prendre en compte la variabilité intra‐spécifique des populations, la variabilité du climat, l’hétérogénéité du paysage ainsi que l’interaction entre les espèces et l’efficacité des mesures de lutte. Biological invasions and range expansion of native species are two important issues in ecology in the frame of global change. To explore the underlying mechanisms, to predict future changes and to support decision‐making, modelling has become a major tool. This habilitation dissertation reports the modelling approaches I have used until now to address these issues based on various biological models and associated features. Case studies tackle the successive steps of an invasion: entry, establishment and spread. More precisely, the first model describes the introduction risk of invasive species in Europe with imported wood, the second model describes the establishment capabilities taking into account Allee effects, and then various models describe the potential spread of invasive or native species (generic spread module, range expansion of invasive social insects, range expansion of an invasive organism carried by a native insect species, range expansion of native species in relation with climate change and human activities). By quantifying these risks and providing new tools, some of these models have contributed to a better pest risk management in plant health. In the future, to increase realism and prediction levels, these models should include intra‐specific variability of populations, climate variability, landscape heterogeneity, species interaction and efficacy of control measures.