Search

Parallélisation des heuristiques relax-and-fix pour résoudre un problème de lot-sizing avec contraintes de capacité

International audience; Industrial symbiosis coordination under asymmetric information via contracts: A game theory-based approach

The use of carbon/PAEK preforms for the elaboration of composites with high performance thermoplastic matrix allows to overcome the difficulty of impregnation of fibrous reinforcements. Nevertheless, the preform consolidation requires high processing temperatures that can activate degradation mechanisms by chain scissions and crosslinking. Thus, this PhD thesis work focuses on the influence of the degradation of PAEK matrices, and more particularly PEEK, on the consolidation of structural composites from commingled preforms. Such preforms consist of a homogeneous assembly of polymeric multi-filaments distributed within the reinforcing yarns. The stability of the PEEK matrix was analyzed at different manufacturing steps, from the raw product to the preform, in order to establish the relationship between the successive transformations in the processes, the integrity of the matrix and the behavior during consolidation. The consolidation by thermocompression of semi-finished products made of carbon/PEEK commingled yarns was first studied. Various characterization techniques were used to determine the modifications of the preform matrix. The impact of these modifications on PEEK degradation kinetics in the molten state were characterized and allowed to highlight a strong influence of the melt-spinning operation required for the preparation of the commingled preforms. PEEK yarns were thus manufactured by melt-spinning in order to study the influence of the different key steps of the process on the integrity of PEEK during its transformation in the molten state. The analysis of yarns taken at different steps of the process revealed the major effect of the additives added during processing on the matrices stability. In order to account for the effect of degradation on the consolidation of carbon/PEEK preforms, an impregnation model integrating a thermo-kinetic viscous constitutive law was then developed. This model allows to predict the evolution of the porosity rate during the consolidation of commingled-based preforms, while integrating the degradation of the PEEK matrix. Finally, a preliminary study of the relationship between oxygen diffusion and the crosslinking reaction of PEEK in a rheometer has been initiated. This analysis discusses the impact of the form factor of the PEEK matrix in the molten state on the degradation kinetics.; L’utilisation de préformes carbone/PAEK pour l’élaboration de composites à matrice thermostable permet de pallier la difficulté d’imprégnation des renforts fibreux. Néanmoins, la mise en œuvre de ces préformes nécessite d’appliquer des températures élevées pouvant activer des mécanismes de dégradation par scissions de chaînes et réticulations. Ainsi, ces travaux de thèse portent sur l’influence de la dégradation des matrices PAEK, et plus particulièrement PEEK, sur la consolidation de composites structuraux à partir de préformes comêlées. Ces préformes sont constituées d’un assemblage homogène de multi filaments polymères distribués au sein des mèches de renfort. La stabilité du PEEK a été analysée aux différents stades de fabrication, du produit brut jusqu’à la préforme, afin d’établir la relation entre les transformations successives dans les procédés, l’intégrité de la matrice et le comportement durant la consolidation. Tout d’abord, la consolidation par thermocompression de semi-produits constitués de fils comêlés carbone/PEEK a été étudiée. Diverses techniques de caractérisation ont été utilisées afin de déterminer les modifications subies par la matrice des préformes. L’impact de ces modifications sur sa cinétique de dégradation à l’état fondu ont été caractérisées et ont permis de mettre en évidence une forte influence de l’étape de filage nécessaire à la préparation des préformes comêlées. Des fils de PEEK ont alors été fabriqués afin d’étudier l’influence des différentes étapes clés du procédé sur l’intégrité du PEEK lors de sa transformation à l’état fondu. L’analyse de fils prélevés à différents stades du procédé a permis de révéler l’effet majeur des additifs ajoutés lors de la transformation sur la stabilité des matrices. Afin de rendre compte de l’effet de la dégradation sur la consolidation des préformes carbone/PEEK, un modèle d’imprégnation intégrant une loi de comportement visqueuse thermo-cinétique a ensuite été développé. Ce modèle permet de prédire l’évolution du taux de porosités durant la consolidation des préformes faites de fils comêlés, tout en intégrant la dégradation de la matrice PEEK. Enfin, une étude préliminaire du couplage entre la diffusion d’oxygène et la réaction de réticulation du PEEK dans un rhéomètre a été initiée. Cette analyse discute l’impact du facteur de forme de la matrice PEEK à l’état fondu sur la cinétique de dégradation.

This work studies the Doubly-Excited Synchronous Machine (DESM) in the context of a large-scale gridconnected wind conversion system(1.5 W). The aim of this thesis is to compare the FESM to other types of generators often used for this type of wind system with a special interest to permanent Magnet Synchronous Machines (PMSM). This comparison covers the structure of the aerogenerator integrating the two machines, thecomplexity of the modeling techniques and the control approaches, the power electronics interfaces, the electromagnetic design and the performances of the two studied machines. To ensure reliable results, an advanced simulation modeling is proposed for the two studied architectures. These high-fidelity models allow to take into account the harmonics of the DESM and the PMSM, the dynamics of the converters and the utility grid and the aerodynamic behavior of the wind turbine. Then, the robust control approaches CRONE and H∞, alongside conventional PI controllers, are used to implement an efficient control strategy for the highly nonlinear DESM and to optimize the vector control of the PMSM. A complete grid-side control strategy is also implemented and the different inverter’s topologies used for the grid connection are compared in terms of cost and total harmonic distortion. The CRONE control approach, in addition to a PI controller based on fuzzy logic, are implemented for the pitch control of the wind turbine. These different control strategies are then tested and validated under severe simulation conditions. Finally, an optimal sizing is proposed for both machines. A fast and fairly accurate modeling technique is adopted and a multi-objective metaheuristic algorithm is implemented to compute the optimal dimensions of each machine. An analytical sizing model is first proposed. The results obtained from this model are then validated by a second numerical model developed by the finite element method. This optimization, which aims to minimize the mass and total losses of two machines, has confirmed the attractiveness of the DESM for large-scale grid-connected wind conversion systems., Ces travaux de recherche étudient la Machine Synchrone à Double Excitation (MSDE) dans le cadre d’une application éolienne de forte puissance (1,5 MW) connectée au réseau électrique. L’objectif est de comparer cette machine aux autres types des génératrices souvent utilisées pour ce type d’aérogénérateurs et en particulier, la Machine Synchrone à Aimants Permanents (MSAP). Cette comparaison porte sur la structure de l’éolienne intégrant les deux machines, la complexité de la modélisation et de la commande, les interface d’électronique de puissance, la conception électromagnétique et les performances des deux machine étudiées. Pour garantir des résultats fiables, une modélisation la plus complète possible est proposée pour les deux architectures étudiés. Ces modèles de haute-fidélité permettent de prendre en considération les harmonique de la MSDE et la MSAP, la dynamique des convertisseur statiques et de réseau électrique ainsi que le comportement aérodynamique de la turbine éolienne. Puis, des approches de commande robustes de type CRONE et H∞ et des régulateurs de type PI sont exploités pour implémenter une stratégie de commande efficace pour la MSDE fortement non linéaire et pour optimiser la commande vectorielle de la MSAP. Une commande complète côté réseau est aussi implémentée et les différentes architectures d’onduleurs utilisés pour le raccordement au réseau ont été comparé en termes de coût et de filtrage. La commande CRONE, en plus d’un régulateur PI basé sur la logique floue, sont implémenté pour la commande de l’angle de calage des pales de l’éolienne (pitch). Ces différentes stratégie de commande sont ensuite testées et validées dans des condition de simulation sévères. Enfin, un dimensionnement par optimisation est proposé pour les deux machines. Une technique de modélisation rapide et assez précise et adoptée et une métaheuristique multiobjectif est implémentée pour calculer les dimensions optimales de chaque machine. Un modèle de dimensionnement analytique est mis en place. Les résultats obtenus à l’issue de ce modèle sont validés par un deuxième modèle numérique développé par la méthode des éléments finis. Cette optimisation, qui vise à minimiser la masse et les pertes totales de deux machines, a permis de confirmer l’attractivité de la MSDE pour l’éolien de forte puissance connecté au réseau électrique.

Data centers, factories housing thousands of computer servers that work permanently to exchange, store, process data and make it accessible via the Internet. With the digital sector development, their energy consumption, which is largely fossil fuel-based, has grown continuously over the last decade, posing a real threat to the environment. The use of renewable energy is a promising way to limit the ecological footprint of data centers. Nevertheless, the intermittent nature of these sources hinders their integration into a system requiring a high reliability degree. The hybridization of several technologies for green electricity production, coupled with storage devices, is currently an effective solution to this problem. As a result, this research work studies a multi-source system, integrating tidal turbines, photovoltaic panels, batteries and a hydrogen storage system to power an MW-scale data center. The main objective of this thesis is the optimization of a data center power supply, both for isolated sites and grid-connected ones. The first axis of this work is the modeling of the system components using the energetic macroscopic representation (EMR). Energy management strategy based on the frequency separation principle is first adopted to share power between storage devices with different dynamic characteristics. The second axis concerns the optimal sizing of the proposed system, in order to find the best configuration that meets the technical constraints imposed at minimum cost, using particle swarm optimization (PSO) and genetic algorithm (GA). Here, a rules-based energy management technique is used for simplicity and reduced computing time purposes. The last axis focuses on the energy management optimization through GA, taking into account the storage systems degradation in order to reduce their operating costs and extend their lifetime. It should be noted that each axis previously discussed has been the subject of a specific sensitivity analysis, which aims to evaluate the performance of the hybrid system under different operating conditions., Les data centers, des usines abritant des milliers de serveurs informatiques, fonctionnent en permanence pour échanger, stocker, traiter des données et les rendre accessibles via l'internet. Avec le développement du secteur numérique, leur consommation énergétique, en grande partie d’origine fossile, n’a cessé de croitre au cours de la dernière décennie, représentant une réelle menace pour l’environnement. Le recours aux énergies renouvelables constitue un levier prometteur pour limiter l’empreinte écologique des data centers. Néanmoins, le caractère intermittent de ces sources freine leur intégration dans un système nécessitant un degré de fiabilité élevée. L’hybridation de plusieurs technologies pour la production d’électricité verte, couplée à des dispositifs de stockage est actuellement une solution efficace pour pallier ce problème. De ce fait, ce travail de recherche étudie un système multi-sources, intégrant des hydroliennes, des panneaux photovoltaïques, des batteries et un système de stockage d’hydrogène pour alimenter un data center à l’échelle du MW. L'objectif principal de cette thèse est l’optimisation de l'alimentation électrique d'un data center, aussi bien pour des sites isolés que des installations raccordées au réseau. Le premier axe de ce travail est la modélisation des différents composants du système à l’aide de la représentation énergétique macroscopique (REM). Une gestion d’énergie reposant sur le principe de séparation fréquentielle est adoptée dans un premier temps pour répartir l’énergie entre des organes de stockage présentant des caractéristiques dynamiques différentes. Le deuxième axe concerne le dimensionnement optimal du système proposé afin de trouver la meilleure configuration qui satisfasse les contraintes techniques imposées à un coût minimum, en utilisant l’optimisation par essaims particulaires (PSO) et l’algorithme génétique (AG). Ici, une technique de gestion d’énergie basée sur des règles simples est utilisée pour des raisons de simplicité et de réduction de temps de calcul. Le dernier axe se focalise sur l’optimisation de la gestion d’énergie via l’AG, en tenant compte des problèmes de dégradation des systèmes de stockage en vue de réduire leur coût d’exploitation et de prolonger leur durée de vie. Il est bien entendu que chaque axe précédemment abordé a fait l’objet d’une analyse de sensibilité spécifique, afin d’évaluer les performances du système hybride dans différentes conditions de fonctionnement.

This work is focused on the real-time optimal control of a stand-alone system consisting of a photovoltaic generator, a PEM fuel cell, an alkaline electrolyzer, a battery and supercapacitor pack for a stationary application. The coupling of these different sources aims to improve performance, the availability of the resulting electrical grid, the supply of electricity over much longer periods, and especially the satisfaction of the load by using each source in a controlled way.First, a thorough study of the feasibility of the system from a technical, energetic, economic and environmental point of view is carried out.As a result, an optimal sizing method is proposed. A sensitivity analysis to evaluate the influence of subsystems cost and the size respectively on the overall energy cost and the equivalent CO2 emitted by the system is also discussed. Then, a model enabling easy scaling of components to achieve the capacity required for the system is developped. The global model of the system is obtained by exploiting the modularity of the formalism used for modeling (the Energetic Macroscopic Representation). Finally, an energy management method based on Energy consumption Minimization Strategy (ECMS) is proposed. A comparative study of the results obtained by the ECMS and those obtained by dynamic programming has enabled the validation of the optimal control strategy developed.; Ce travail est axé sur le contrôle optimal en temps réel d’un système autonome constitué d’un générateur photovoltaïque, d’une pile à combustible de technologie PEM, d’un électrolyseur alcalin, d’une batterie et d’un pack de supercondensateurs pour une application stationnaire. Le couplage de ces différentes sources a pour but d’améliorer les performances, la disponibilité du réseau électrique résultant, la fourniture d’électricité sur des périodes beaucoup plus longues, et surtout la satisfaction de la charge en utilisant chaque source de façon raisonnée.D’abord, une étude approfondie sur la faisabilité du système du point de vue technique, énergétique, économique et environnemental est effectué.En conséquence une méthode de dimensionnement optimal est proposée. Une analyse de sensibilité permettant d’évaluer l’influence du coût et de la taille des sous-systèmes respectivement sur le coût énergétique global et l’équivalent CO2 émis par le système est également effectuée. Ensuite un modèle permettant une mise à l’échelle aisée des composants afin d’atteindre la capacité requise pour le système est développé. Le modèle global du système est obtenu en exploitant la modularité de la REM (représentation énergétique macroscopique), qui est le formalisme utilisé pour la modélisation. Finalement Une méthode de gestion énergétique basé sur l’« Energy consumption Minimization Strategy » (ECMS) est proposée. La stratégie proposée est validée par étude comparative des résultats avec ceux de la programmation dynamique.

This work is focused on the real-time optimal control of a stand-alone system consisting of a photovoltaic generator, a PEM fuel cell, an alkaline electrolyzer, a battery and supercapacitor pack for a stationary application. The coupling of these different sources aims to improve performance, the availability of the resulting electrical grid, the supply of electricity over much longer periods, and especially the satisfaction of the load by using each source in a controlled way.First, a thorough study of the feasibility of the system from a technical, energetic, economic and environmental point of view is carried out.As a result, an optimal sizing method is proposed. A sensitivity analysis to evaluate the influence of subsystems cost and the size respectively on the overall energy cost and the equivalent CO2 emitted by the system is also discussed. Then, a model enabling easy scaling of components to achieve the capacity required for the system is developped. The global model of the system is obtained by exploiting the modularity of the formalism used for modeling (the Energetic Macroscopic Representation). Finally, an energy management method based on Energy consumption Minimization Strategy (ECMS) is proposed. A comparative study of the results obtained by the ECMS and those obtained by dynamic programming has enabled the validation of the optimal control strategy developed.; Ce travail est axé sur le contrôle optimal en temps réel d’un système autonome constitué d’un générateur photovoltaïque, d’une pile à combustible de technologie PEM, d’un électrolyseur alcalin, d’une batterie et d’un pack de supercondensateurs pour une application stationnaire. Le couplage de ces différentes sources a pour but d’améliorer les performances, la disponibilité du réseau électrique résultant, la fourniture d’électricité sur des périodes beaucoup plus longues, et surtout la satisfaction de la charge en utilisant chaque source de façon raisonnée.D’abord, une étude approfondie sur la faisabilité du système du point de vue technique, énergétique, économique et environnemental est effectué.En conséquence une méthode de dimensionnement optimal est proposée. Une analyse de sensibilité permettant d’évaluer l’influence du coût et de la taille des sous-systèmes respectivement sur le coût énergétique global et l’équivalent CO2 émis par le système est également effectuée. Ensuite un modèle permettant une mise à l’échelle aisée des composants afin d’atteindre la capacité requise pour le système est développé. Le modèle global du système est obtenu en exploitant la modularité de la REM (représentation énergétique macroscopique), qui est le formalisme utilisé pour la modélisation. Finalement Une méthode de gestion énergétique basé sur l’« Energy consumption Minimization Strategy » (ECMS) est proposée. La stratégie proposée est validée par étude comparative des résultats avec ceux de la programmation dynamique.

The electrical power generation in remote maritime areas must face many technical-economic constraints related to the load satisfaction and the expensive fuel import for fossil based sources. Thanks to the recent development of marine renewable energies, new perspectives appear for the electrical power supply of maritime remote areas, so as to decarbonize the electrical power generation. In this thesis, it is proposed to study the sizing and the energy management of an islanded microgrid made of solar photovoltaic panels, wind turbines, tidal turbines, wave energy converters and batteries. A preliminary analysis of the harnessed resources allows some complementarities and non-complementarities to be highlighted. In order to reduce the unmet load demand and the cost of energy, a combined sizing and energy management optimization is proposed. Several demand-side management strategies are hierarchically applied on several loads, in order to avoid the occurrence of critical situations. The obtained results show that demand-side management allows the cost of energy to be reduced by decreasing the amount of required storage. Also, the diversification of the sources brings many benefits. Finally, the ability of the developed algorithms to correctly manage the micro-grid in real time is validated on an experimental test bench.; La production d’énergie électrique dans les zones isolées en mer doit faire face à de nombreuses contraintes technico-économiques, liées à la satisfaction de la demande et à l’importation coûteuse du combustible nécessaire aux moyens de production à partir d’énergies fossiles. Avec le récent développement des sources d’énergie marine renouvelable, de nouvelles perspectives apparaissent pour l’alimentation des sites isolés en mer, dans une optique de dé-carbonisation de la production d’énergie. Ainsi, il est proposé dans ces travaux de thèse d’étudier le dimensionnement et la gestion d’un micro-réseau insulaire composé de panneaux solaires photovoltaïques, d’éoliennes, d’hydroliennes, de houlogénérateurs et de batteries. Une analyse préalable des ressources exploitées permet de mettre en avant quelques complémentarités et non-complémentarités. Afin de minimiser l’insatisfaction de la demande et le coût de l’énergie produite, une optimisation combinée du dimensionnement et de la gestion de l’énergie est proposée. Différentes stratégies de gestion de la demande sont appliquées de manière hiérarchique sur plusieurs charges, pour éviter l’apparition de situations critiques. Les résultats obtenus montrent que l’application d’une gestion de la demande permet de réduire le coût de production de l’électricité en diminuant la quantité de stockage nécessaire. Par ailleurs, la diversification des sources utilisées offre de nombreux avantages. Enfin, la capacité des algorithmes développés à gérer correctement un micro-réseau en temps réel est validée sur un banc expérimental.

Diese Doktorarbeit im Bereich der Stadtplanung zielt darauf ab, sich mit der Zukunft der französischen und deutschen Metropol-Großbahnhöfe bis zum Jahr 2050 auseinanderzusetzen. Sie hinterfragt die Grundprinzipien des Bahnhofs als konzeptuelles urbanes Objekt (welchem sich als System angenähert wird) und formuliert die Hypothese, dass der Bahnhof als Objekt oder System in gewisser Weise autonome Eigenschaften hat. Zu diesen Eigenschaften gehört der diese Forschungsarbeit prägende Prozess der Expansion und des ständig erneuerten und konfliktgeladenen Dialogs zwischen Bahnhof und umliegenden städtischen Strukturen. Ein Augenmerk liegt hierbei auf der Beziehung dieses Expansionsprozesses und Dialoges zur Hypermobilität von Ballungsräumen. Zu diesem Zweck beschäftigt sich diese Arbeit mit vier Forschungsgegenständen: den Hauptbahnhöfen Köln und Stuttgart in Deutschland und den Großbahnhöfen Paris-Montparnasse und Lyon-Part-Dieu in Frankreich; und stellt zu Beginn eine detaillierte Geschichte der morphologischen Entwicklung derselben dar, um eine Reihe von architektonischen und urbanen Variablen zu identifizieren. Anschließend werden prospektive Analysen durchgeführt, die es ermöglichen, den möglichen Einfluss der aktuellen und geplanten Verkehrspolitik auf die Zukunft des Konzepts Bahnhof zu bewerten. Sodann wird das Konzept des Bahnhofssystems (système-gare) vorgeschlagen, um die Expansion von Großbahnhöfen und deren Integration in ihr urbanes Umfeld zu beschreiben; ein dialektischer Verhandlungsprozess, der vom Konzept des Bahnhofs als Lebensraum und Stadtraum/-ort nicht hinreichend erfasst wird. Die Arbeit lädt dazu ein, Bahnhöfe als Heterotopien zu betrachten und schlägt eine entpolarisierte und de-hierarchische Lesart dieser Räume vor, indem die Konzepte Bahnhofs- Orchester und Meta-Bahnhof eingeführt werden. Schließlich erfolgt eine Auseinandersetzung mit der “Smart City” und dem Konzept der “Mobilität als Dienstleistung”, die sich insbesondere kritisch mit dem Umstand befasst, dass beide Ansätze den aufgrund der Zunahme des Verkehrs und zur Vermeidung einer potentiell schädlichen Just-in-time Organisation in Bahnhöfen notwendigen Ausbau der Bahnhöfe nicht vermeiden können.; This urban planning thesis aims to reflect on the future of French and German metropolitan stations by 2050. It questions the foundations of the station as a conceptual urban thing (considered as a system) and suggests as a hypothesis that it might somehow have autonomous properties. Among these properties, it is the process of expansion and ever renewed and conflictual dialogue between the station and its surrounding urban fabric which guides this research; particularly its link to metropolises’ hypermobility. To do this, this thesis calls up four study sites: the main stations in Cologne and Stuttgart in Germany, and the Paris-Montparnasse and Lyon-Part-Dieu stations in France; and starts with a detailed history of their morphological evolutions, to identify a series of architectonic and urban variables. In a second stage, it proceeds to a series of prospective analyses, allowing us to evaluate the possible influence of public transport and mobility policies on the conceptual future of stations. This thesis then puts forward the concept of a station-system, to describe the expansion and integration of metropolitan stations within their urban environment; a process of dialectic negotiation which does not resolve itself within the concept of stations as a living/urban space. It therefore invites us to think of stations as a heterotopia, and puts forward a depolarised and dehierarchised reading of these spaces, introducing the concepts of station orchestras and metastations. Finally, this research suggests a critical reading of the “smart city” and the concept of “mobility as a service”. To avoid that stations move to a just-in-time model which could potentially be damaging, the application of these concepts to stations cannot avoid a simultaneous increase of physical spaces.; Cette thèse d’urbanisme s’est donnée pour objectif de réfléchir à l’avenir des gares métropolitaines françaises et allemandes à horizon 2050. Elle porte une interrogation sur les fondements de la gare comme objet urbain conceptuel (abordé comme un système) et pose comme hypothèse qu’il serait en quelque sorte doté de propriétés autonomes. Parmi ces propriétés, c’est le processus d’expansion et de dialogue sans cesse renouvelé et conflictuel, entre la gare et son tissu urbain environnant, qui guide cette recherche ; notamment dans le rapport qu’il entretient avec l’hypermobilité des métropoles. Pour ce faire, cette thèse convoque quatre terrains d’études : les gares principales de Cologne et de Stuttgart en Allemagne et les gares de Paris-Montparnasse et Lyon-Part-Dieu en France ; et commence par un historique détaillé de leurs évolutions morphologiques, pour dégager une série de variables architectoniques et urbaines. Il procède dans un deuxième temps à une série d’analyse prospective, permettant de juger de l’influence possible des politiques publiques en matière transports et de mobilité, sur l’avenir conceptuel des gares. Cette thèse propose alors le concept de système-gare, pour décrire l’expansion et l’intégration des gares métropolitaines avec leur environnement urbain ; un processus de négociation dialectique qui ne trouve pas sa résolution dans le concept de gare comme lieu de vie/ville. Elle invite alors à penser la gare comme une hétérotopie, et propose une lecture dépolarisée et déhiérarchisée de ces espaces, en introduisant les concepts d’orchestre de gares et de métagare. Cette recherche propose enfin une lecture critique de la « ville numérique » et du concept de « mobilité comme service. » Pour éviter une mise en flux tendus potentiellement dommageables, l’application de ces concepts en gare ne pourra se soustraire à une augmentation simultanée des espaces physiques.

Diese Doktorarbeit im Bereich der Stadtplanung zielt darauf ab, sich mit der Zukunft der französischen und deutschen Metropol-Großbahnhöfe bis zum Jahr 2050 auseinanderzusetzen. Sie hinterfragt die Grundprinzipien des Bahnhofs als konzeptuelles urbanes Objekt (welchem sich als System angenähert wird) und formuliert die Hypothese, dass der Bahnhof als Objekt oder System in gewisser Weise autonome Eigenschaften hat. Zu diesen Eigenschaften gehört der diese Forschungsarbeit prägende Prozess der Expansion und des ständig erneuerten und konfliktgeladenen Dialogs zwischen Bahnhof und umliegenden städtischen Strukturen. Ein Augenmerk liegt hierbei auf der Beziehung dieses Expansionsprozesses und Dialoges zur Hypermobilität von Ballungsräumen. Zu diesem Zweck beschäftigt sich diese Arbeit mit vier Forschungsgegenständen: den Hauptbahnhöfen Köln und Stuttgart in Deutschland und den Großbahnhöfen Paris-Montparnasse und Lyon-Part-Dieu in Frankreich; und stellt zu Beginn eine detaillierte Geschichte der morphologischen Entwicklung derselben dar, um eine Reihe von architektonischen und urbanen Variablen zu identifizieren. Anschließend werden prospektive Analysen durchgeführt, die es ermöglichen, den möglichen Einfluss der aktuellen und geplanten Verkehrspolitik auf die Zukunft des Konzepts Bahnhof zu bewerten. Sodann wird das Konzept des Bahnhofssystems (système-gare) vorgeschlagen, um die Expansion von Großbahnhöfen und deren Integration in ihr urbanes Umfeld zu beschreiben; ein dialektischer Verhandlungsprozess, der vom Konzept des Bahnhofs als Lebensraum und Stadtraum/-ort nicht hinreichend erfasst wird. Die Arbeit lädt dazu ein, Bahnhöfe als Heterotopien zu betrachten und schlägt eine entpolarisierte und de-hierarchische Lesart dieser Räume vor, indem die Konzepte Bahnhofs- Orchester und Meta-Bahnhof eingeführt werden. Schließlich erfolgt eine Auseinandersetzung mit der “Smart City” und dem Konzept der “Mobilität als Dienstleistung”, die sich insbesondere kritisch mit dem Umstand befasst, dass beide Ansätze den aufgrund der Zunahme des Verkehrs und zur Vermeidung einer potentiell schädlichen Just-in-time Organisation in Bahnhöfen notwendigen Ausbau der Bahnhöfe nicht vermeiden können.; This urban planning thesis aims to reflect on the future of French and German metropolitan stations by 2050. It questions the foundations of the station as a conceptual urban thing (considered as a system) and suggests as a hypothesis that it might somehow have autonomous properties. Among these properties, it is the process of expansion and ever renewed and conflictual dialogue between the station and its surrounding urban fabric which guides this research; particularly its link to metropolises’ hypermobility. To do this, this thesis calls up four study sites: the main stations in Cologne and Stuttgart in Germany, and the Paris-Montparnasse and Lyon-Part-Dieu stations in France; and starts with a detailed history of their morphological evolutions, to identify a series of architectonic and urban variables. In a second stage, it proceeds to a series of prospective analyses, allowing us to evaluate the possible influence of public transport and mobility policies on the conceptual future of stations. This thesis then puts forward the concept of a station-system, to describe the expansion and integration of metropolitan stations within their urban environment; a process of dialectic negotiation which does not resolve itself within the concept of stations as a living/urban space. It therefore invites us to think of stations as a heterotopia, and puts forward a depolarised and dehierarchised reading of these spaces, introducing the concepts of station orchestras and metastations. Finally, this research suggests a critical reading of the “smart city” and the concept of “mobility as a service”. To avoid that stations move to a just-in-time model which could potentially be damaging, the application of these concepts to stations cannot avoid a simultaneous increase of physical spaces.; Cette thèse d’urbanisme s’est donnée pour objectif de réfléchir à l’avenir des gares métropolitaines françaises et allemandes à horizon 2050. Elle porte une interrogation sur les fondements de la gare comme objet urbain conceptuel (abordé comme un système) et pose comme hypothèse qu’il serait en quelque sorte doté de propriétés autonomes. Parmi ces propriétés, c’est le processus d’expansion et de dialogue sans cesse renouvelé et conflictuel, entre la gare et son tissu urbain environnant, qui guide cette recherche ; notamment dans le rapport qu’il entretient avec l’hypermobilité des métropoles. Pour ce faire, cette thèse convoque quatre terrains d’études : les gares principales de Cologne et de Stuttgart en Allemagne et les gares de Paris-Montparnasse et Lyon-Part-Dieu en France ; et commence par un historique détaillé de leurs évolutions morphologiques, pour dégager une série de variables architectoniques et urbaines. Il procède dans un deuxième temps à une série d’analyse prospective, permettant de juger de l’influence possible des politiques publiques en matière transports et de mobilité, sur l’avenir conceptuel des gares. Cette thèse propose alors le concept de système-gare, pour décrire l’expansion et l’intégration des gares métropolitaines avec leur environnement urbain ; un processus de négociation dialectique qui ne trouve pas sa résolution dans le concept de gare comme lieu de vie/ville. Elle invite alors à penser la gare comme une hétérotopie, et propose une lecture dépolarisée et déhiérarchisée de ces espaces, en introduisant les concepts d’orchestre de gares et de métagare. Cette recherche propose enfin une lecture critique de la « ville numérique » et du concept de « mobilité comme service. » Pour éviter une mise en flux tendus potentiellement dommageables, l’application de ces concepts en gare ne pourra se soustraire à une augmentation simultanée des espaces physiques.

National audience; This study deals with the effects of desizing by heat cleaning on the mechanical properties of basalt fibers. The heattreatment at 350°C for 10h, considered in this work, leads to a complete desizing of the fibers. The mechanical propertiesof basalt fibers before and after desizing were investigated by single fiber tensile tests. The tensile strength is reduced of34% after desizing while no evolution of the Young’s modulus is observed. SEM micrographs reveals that the defectslocated on the fibers surface are at the origin of the failure. Moreover, since the basalt structure is not modified during thetreatment, the strength loss is only ascribed to sizing layer removal. In fact, the desizing reveals the surface flaws of thefibers and increases their criticality. Tensile specimens of unidirectional composite materials were produced with an epoxymatrix and tested by considering both fibers states. The differences of mechanical properties observed for the compositeparts corresponds to those observed for single fibers. As a consequence, in the composite, the matrix is not able to playthe protective role of the sizing.; Cette étude s’intéresse à l’influence du désensimage par traitement thermique sur les propriétés mécaniques de fibres de basalte. Le traitement thermique à 350°C pendant 10 h, considéré dans ces travaux, permet d’obtenir un désensimage complet des fibres. Les propriétés mécaniques des fibres de basalte avant et après désensimage ont été évaluées par essais de traction sur monofilaments. Une diminution de 34% de la résistance mécanique a été observée suite au désensimage tandis qu’aucune différence significative n’a été constatée sur le module d’Young. L’observation au MEB des faciès de rupture montre que les défauts présents à la surface des fibres sont responsables de la rupture. La structure du basalte n’étant pas modifiée au cours du traitement, la perte de résistance mécanique est exclusivement attribuée au désensimage. Celui-ci a révélé les défauts surfaciques des fibres et aggravé leur criticité. Des éprouvettes en matériaux composites unidirectionnels ont été fabriquées avec une matrice époxy et testées en considérant les deux états de fibres. Les différences de propriétés mécaniques observées sur les composites correspondent à celles observées sur les monofilaments. Autrement dit, la présence de la matrice ne permet pas de « protéger » les défauts surfaciques des fibres révélés par le désensimage, comme pouvait le faire l’ensimage.

The use of ceramic matrix composite materials (CMC) in propulsion assemblies necessarily involves the use of joining technologies between the CMC material and metal parts. For this purpose, bolted connections are traditionally used. They are interesting technological solutions, due to their robustness and their ability to ensure successive assemblies and disassemblies during the life of the aircraft. These junctions must perform their functions under all in-flight operating conditions and for the full life of the part. In-service experience shows that they are often a sensitive point in our structures. It is therefore necessary to analyze, understand and model assembly technologies in order to control in-service behavior. A 4-step study (study of elementary mechanisms, study of clamping, technological tests and scale 1 test) is presented. The use and the advantages of multi-instrumentation and modelling are highlighted., L’utilisation des matériaux composites à matrice céramique (CMC) dans les ensembles propulsifs implique nécessairement l’utilisation de technologies de jonctions entre le matériau CMC et les pièces métalliques [1]. Pour cela, les liaisons boulonnées sont classiquement utilisées. Elles sont des solutions technologiques intéressantes, du fait de leur robustesse et leur capacité à assurer des montages et démontages successifs au cours de la vie de l’avion. Ces jonctions doivent assurer leurs fonctions dans l’ensemble des conditions d’utilisations en vol et pendant la durée de vie complète de la pièce. L’expérience en service montre qu’elles sont souvent un point sensible de nos structures. C’est pourquoi il est nécessaire d’analyser, de comprendre et de modéliser les technologies d’assemblages afin de maitriser le comportement en service. Une étude en quatre étapes (étude des mécanismes élémentaires, étude du serrage, essais technologiques et essai échelle 1) est présentée. L’utilisation et les apports de la multi-instrumentation et de la modélisation sont mis en avant.

The use of ceramic matrix composite materials (CMC) in propulsion assemblies necessarily involves the use of joining technologies between the CMC material and metal parts. For this purpose, bolted connections are traditionally used. They are interesting technological solutions, due to their robustness and their ability to ensure successive assemblies and disassemblies during the life of the aircraft. These junctions must perform their functions under all in-flight operating conditions and for the full life of the part. In-service experience shows that they are often a sensitive point in our structures. It is therefore necessary to analyze, understand and model assembly technologies in order to control in-service behavior. A 4-step study (study of elementary mechanisms, study of clamping, technological tests and scale 1 test) is presented. The use and the advantages of multi-instrumentation and modelling are highlighted., L’utilisation des matériaux composites à matrice céramique (CMC) dans les ensembles propulsifs implique nécessairement l’utilisation de technologies de jonctions entre le matériau CMC et les pièces métalliques [1]. Pour cela, les liaisons boulonnées sont classiquement utilisées. Elles sont des solutions technologiques intéressantes, du fait de leur robustesse et leur capacité à assurer des montages et démontages successifs au cours de la vie de l’avion. Ces jonctions doivent assurer leurs fonctions dans l’ensemble des conditions d’utilisations en vol et pendant la durée de vie complète de la pièce. L’expérience en service montre qu’elles sont souvent un point sensible de nos structures. C’est pourquoi il est nécessaire d’analyser, de comprendre et de modéliser les technologies d’assemblages afin de maitriser le comportement en service. Une étude en quatre étapes (étude des mécanismes élémentaires, étude du serrage, essais technologiques et essai échelle 1) est présentée. L’utilisation et les apports de la multi-instrumentation et de la modélisation sont mis en avant.

The aim of this work is to position terahertz imaging as a new tool dedicated to metrology and non-destructive testing. Its astonishing properties of both high penetration in dielectric materials and wavelength millimeter or even submillimetric make it a very exciting tool for applications such as non-destructive testing (NDT).First, we presented two imaging techniques: one to move the object, point by point, in a focused terahertz beam to reconstruct, pixel by pixel, a two-dimensional image. The other technique is based on the use of a lens and a matrix sensor in the state of the art operating at room temperature. Thus we have imaged objects of interest, without mechanical displacement. Although this last technique is much faster than point-by-point imaging, the quality of the images obtained is not comparable and this because of two drawbacks. Thus, part of the work consists in the study of lighting strategies to limit the interferential optical effects induced by the coherence of the source. In addition, by deploying simulations of the entire optical chain with Zemax software, numerous quality images make it possible to consider applications in 2D (metrology, NDT) and 3D imaging. Thus, two complementary tomographic reconstruction techniques are tested on images obtained in real time; a technique inspired by X-ray imaging and a technique used in 3D optical microscopy that exploits the reduced depth of field of the lens. Finally, several spectroscopic and metrological studies are carried out in order to evaluate the behavior of the materials and the dimension of the objects starting from their THz images in 2D or with their 3D tomographic reconstruction. The work done is the foundation for deploying terahertz imagery to the application domain with unmatched image quality and real-time acquisition.; L’objectif de ce travail est de positionner l’imagerie terahertz comme un nouvel outil dédié à la métrologie et au contrôle non destructif. Ses propriétés étonnantes à la fois de forte pénétration dans les matériaux diélectriques et de longueur d’onde de dimension millimétrique voire submillimétrique en font un outil très enthousiasmant pour des applications comme le contrôle non destructif (CND).En premier lieu, nous avons présenté deux techniques d’imagerie : une consistant à déplacer l’objet, point par point, dans un faisceau terahertz focalisé pour reconstruire, pixel par pixel, une image en deux dimensions. L’autre technique repose sur l’utilisation d’un objectif et d’un capteur matriciel à l’état de l’art fonctionnant à température ambiante. Ainsi nous avons imagé des objets d’intérêts, sans déplacement mécanique. Bien que cette dernière technique soit beaucoup plus rapide que l’imagerie point par point, la qualité des images obtenues n’est pas comparable et ceci à cause de deux verrous. Ainsi, une partie du travail a consisté en l’étude des stratégies d’éclairage pour limiter les effets optiques interférentiels induits par la cohérence de la source. De plus, en déployant des simulations de toute la chaine optique avec le logiciel Zemax, de nombreuses images de qualité permettent d’envisager des applications en imagerie 2D (métrologie, CND) et en imagerie 3D. Ainsi, deux techniques complémentaires de reconstruction tomographique sont expérimentées sur des images obtenues en temps réel ; une technique inspirée de l’imagerie par rayon X et une technique utilisée en microscopie optique 3D qui exploite la profondeur de champ réduite de l’objectif. Enfin, plusieurs études spectroscopiques et métrologiques sont menées afin d’évaluer le comportement des matériaux et la dimension des objets à partir de leurs images THz en 2D ou avec leur reconstruction tomographique 3D. Les travaux effectués constituent les briques de base au déploiement de l’imagerie terahertz vers le domaine applicatif grâce à une qualité d’image incomparable et des acquisitions en temps réels.

This thesis work is part of a dynamic industrial ecology around the paper industry. The objective is the valorization of biomolecules coming from thermomechanical process waters of manufacture of paper pulp. The separation of biomolecule's families must allow generate several fractions having an interest for cosmetic and phytosanitary industry. Terpenes, hemicelluloses, lignin and lignans have been identified in these waters. However, the choice has worn on the valorization of lignin and lignans for reasons of selectivity and added value. Flotation and 150 kDa membrane filtration allow for clarification by removal of 100% of terpenes and 59% of hemicelluloses. Fractionation of the lignin and lignans is carried out with membranes of 1 kDa and 300 Da at pH 4 to obtain two retentates containing respectively 96% of lignin and 58% of lignans relative to the total polyphenols. A technical-economic study of feasibility of separation process is carried out on semi-industrial scale.; L'objectif est la valorisation de biomolécules issues des eaux du procédé thermomécanique de fabrication de pâte à papier. La séparation des familles de biomolécules doit permettre de générer plusieurs fractions ayant un intérêt pour l'industrie cosmétique et phytosanitaire. Les terpènes, hémicelluloses, lignine et lignanes ont été identifiés dans ces eaux. Cependant, le choix s'est porté sur la valorisation de la lignine et des lignanes pour des raisons de sélectivité et de valeur ajoutée. La flottation et la filtration par membrane 150 kDa permettent d'effectuer une clarification par élimination de 100% des terpènes et de 59% des hémicelluloses. Le fractionnement de la lignine et des lignanes est effectué avec des membranes de 1 kDa et 300Da à pH 4 pour obtenir deux rétentats contenant respectivement 96% de lignine et 58% de lignanes par rapport aux polyphénols totaux. Une étude technico-économique de faisabilité de la filière de séparation est réalisée à l'échelle semi-industrielle .

This thesis work is part of a dynamic industrial ecology around the paper industry. The objective is the valorization of biomolecules coming from thermomechanical process waters of manufacture of paper pulp. The separation of biomolecule's families must allow generate several fractions having an interest for cosmetic and phytosanitary industry. Terpenes, hemicelluloses, lignin and lignans have been identified in these waters. However, the choice has worn on the valorization of lignin and lignans for reasons of selectivity and added value. Flotation and 150 kDa membrane filtration allow for clarification by removal of 100% of terpenes and 59% of hemicelluloses. Fractionation of the lignin and lignans is carried out with membranes of 1 kDa and 300 Da at pH 4 to obtain two retentates containing respectively 96% of lignin and 58% of lignans relative to the total polyphenols. A technical-economic study of feasibility of separation process is carried out on semi-industrial scale.; L'objectif est la valorisation de biomolécules issues des eaux du procédé thermomécanique de fabrication de pâte à papier. La séparation des familles de biomolécules doit permettre de générer plusieurs fractions ayant un intérêt pour l'industrie cosmétique et phytosanitaire. Les terpènes, hémicelluloses, lignine et lignanes ont été identifiés dans ces eaux. Cependant, le choix s'est porté sur la valorisation de la lignine et des lignanes pour des raisons de sélectivité et de valeur ajoutée. La flottation et la filtration par membrane 150 kDa permettent d'effectuer une clarification par élimination de 100% des terpènes et de 59% des hémicelluloses. Le fractionnement de la lignine et des lignanes est effectué avec des membranes de 1 kDa et 300Da à pH 4 pour obtenir deux rétentats contenant respectivement 96% de lignine et 58% de lignanes par rapport aux polyphénols totaux. Une étude technico-économique de faisabilité de la filière de séparation est réalisée à l'échelle semi-industrielle .

The electrification of the transportation industry is on the rise. This rise drives the development of new technologies. Although the fuel cell is not a recently developed technology, it benefits from it. However, it is still too expensive and not durable enough compared to the market's expectations. Scientific research has been focused primarily on their management and its ancillaries. Nevertheless, the interest in multistack fuel cell systems has been rising in the community.The energy management and the sizing of multistack system hybrized with a battery is the focus of this thesis. First, the performances of such systems is compared to that of single stack systems. To that end, a study based on the determination of the optimal management strategy depending on the sizing has been completed. The main tool used in this study was optimization through dynamic programming. Results show a significant increase in performance in favor of multistack systems. Then, an online energy management strategy is designed based on Bayesian decision theory. Its goal is to optimize consumption and lifetime by using driver behavior knowledge. This approach has been compared to other energy management strategies and enables performances gains in consumption and lifetime for the multistack system.; L’essor de l’électrification du secteur du transport facilite le développement de nouvelles technologies. La pile à combustible n’est pas une technologie récemment développée mais elle en profite également. Toutefois, malgré les efforts entrepris jusqu’à présent, elle reste trop couteuse et peu durable par rapport aux exigences du marché. Pour cela, augmenter le rendement du système, réduire le nombre d’auxiliaire et obtenir une meilleure compréhension des phénomènes de dégradation semblent être les pistes les plus pertinentes. Les thématiques, non centrés sur les matériaux, étudiées dans le but de pallier ces différentes barrières technologiques sont principalement orientées sur la gestion du système et la définition et le pilotage d’auxiliaires ad-hoc. En parallèle, une part grandissante de la communauté scientifique s’intéresse également aux systèmes composés de plusieurs piles à combustible, lesquels pourraient permettre de lever également ces barrières technologiques. Dans le cadre de cette thèse, c’est la gestion et le dimensionnement de systèmes multipiles hybridés avec une batterie qui sera étudié. Premièrement, nous comparerons les performances des systèmes multipiles à celles des systèmes monopiles conventionnels. Pour cela, une étude basée sur l'optimisation de la gestion énergétique du système en fonction du dimensionnement est effectuée en utilisant la programmation dynamique. La variable optimisé est le coût d’exploitation. Il prend en compte le coût du carburant et de la dégradation du système. Les résultats obtenus indiquent une nette augmentation des performances au niveau de la consommation et de la durée de vie du système en faveur des systèmes multipiles et ce quel que soit le dimensionnement envisagé. Ensuite, nous concevrons une stratégie de gestion en ligne basée sur la théorie de décision bayésienne. Cette stratégie a pour but d’optimiser la consommation et la durée de vie en se basant sur la connaissance du comportement du conducteur. Trois modules la composent. Le premier module identifie les similarités du parcours en cours à ceux déjà effectués par le conducteur. Le deuxième se sert de cette connaissance pour déterminer le nombre de systèmes piles à combustible à démarrer. Finalement, la dernière partie détermine le niveau de puissance pour chacune des sources composant le système. L’approche proposée a été comparée à d’autres méthodes de gestion énergétique et permet d’obtenir un gain de performance au niveau de la consommation et de la durée de vie du système multipile dans la plupart des cas d’utilisation.

The electrification of the transportation industry is on the rise. This rise drives the development of new technologies. Although the fuel cell is not a recently developed technology, it benefits from it. However, it is still too expensive and not durable enough compared to the market's expectations. Scientific research has been focused primarily on their management and its ancillaries. Nevertheless, the interest in multistack fuel cell systems has been rising in the community.The energy management and the sizing of multistack system hybrized with a battery is the focus of this thesis. First, the performances of such systems is compared to that of single stack systems. To that end, a study based on the determination of the optimal management strategy depending on the sizing has been completed. The main tool used in this study was optimization through dynamic programming. Results show a significant increase in performance in favor of multistack systems. Then, an online energy management strategy is designed based on Bayesian decision theory. Its goal is to optimize consumption and lifetime by using driver behavior knowledge. This approach has been compared to other energy management strategies and enables performances gains in consumption and lifetime for the multistack system.; L’essor de l’électrification du secteur du transport facilite le développement de nouvelles technologies. La pile à combustible n’est pas une technologie récemment développée mais elle en profite également. Toutefois, malgré les efforts entrepris jusqu’à présent, elle reste trop couteuse et peu durable par rapport aux exigences du marché. Pour cela, augmenter le rendement du système, réduire le nombre d’auxiliaire et obtenir une meilleure compréhension des phénomènes de dégradation semblent être les pistes les plus pertinentes. Les thématiques, non centrés sur les matériaux, étudiées dans le but de pallier ces différentes barrières technologiques sont principalement orientées sur la gestion du système et la définition et le pilotage d’auxiliaires ad-hoc. En parallèle, une part grandissante de la communauté scientifique s’intéresse également aux systèmes composés de plusieurs piles à combustible, lesquels pourraient permettre de lever également ces barrières technologiques. Dans le cadre de cette thèse, c’est la gestion et le dimensionnement de systèmes multipiles hybridés avec une batterie qui sera étudié. Premièrement, nous comparerons les performances des systèmes multipiles à celles des systèmes monopiles conventionnels. Pour cela, une étude basée sur l'optimisation de la gestion énergétique du système en fonction du dimensionnement est effectuée en utilisant la programmation dynamique. La variable optimisé est le coût d’exploitation. Il prend en compte le coût du carburant et de la dégradation du système. Les résultats obtenus indiquent une nette augmentation des performances au niveau de la consommation et de la durée de vie du système en faveur des systèmes multipiles et ce quel que soit le dimensionnement envisagé. Ensuite, nous concevrons une stratégie de gestion en ligne basée sur la théorie de décision bayésienne. Cette stratégie a pour but d’optimiser la consommation et la durée de vie en se basant sur la connaissance du comportement du conducteur. Trois modules la composent. Le premier module identifie les similarités du parcours en cours à ceux déjà effectués par le conducteur. Le deuxième se sert de cette connaissance pour déterminer le nombre de systèmes piles à combustible à démarrer. Finalement, la dernière partie détermine le niveau de puissance pour chacune des sources composant le système. L’approche proposée a été comparée à d’autres méthodes de gestion énergétique et permet d’obtenir un gain de performance au niveau de la consommation et de la durée de vie du système multipile dans la plupart des cas d’utilisation.

The context of this PhD thesis is the modeling and design of mechatronic systems. The study is positioned in the early design stage of the conception cycle (V-Cycle), where the main efforts have to be produced in terms of methodology, to enhance the quality and the functionality of the products, and based on virtual prototyping (modeling and simulation). One of the possible methodology is to reformulate the design problem as an inverse problem, in order to directly use the design specification of the product, usually given in terms of the system outputs, and then solve the design problem. In this context, the Ampere laboratory of INSA Lyon has developed a conception and design methodology, based on inverse approach and using the bond graph formalism, to propose a step-by-step method based on dynamic and energetic criteria, with a structural analysis phase that allows hierarchical analysis steps, depending on the structural physical layout of the model (topological, phenomenological, parameter set). The aim of the present works is to contribute to the development of this methodology, by enhancing it to the class of descriptor systems. This choice is led by the aim to apply the methodology in the context of chassis design and vehicle dynamics, where, among other, multi-body models represented as a differential-algebraic equation (DAE) system could occur. The contributions are proposed at the level of the topology of the model, as well as at the level of the phenomenological / behavioral aspects. A preliminary step is to enhance the existing algebraic framework to support graphical extension (in term of digraph and bond graph). The overall methodological extensions allow, firstly, a generalization of the approach to the class of descriptor systems, and, secondly, to reach a standardization of the procedures, previously dedicated to direct or inverse models, so as no mandatory differences between those models have to be done anymore., Cette thèse s'inscrit dans le cadre de la conception des systèmes mécatroniques. Les travaux se positionnent dans les premières phases du cycle de conception, là où les principaux efforts méthodologiques sont à mener pour améliorer la qualité et la fonctionnalité des produits, et reposent sur le prototypage virtuel (modélisation et simulation). Une approche méthodologique envisageable est de reformuler le problème de conception sous une forme inverse, pour directement utiliser les spécifications du cahier des charges, usuellement exprimées sur les sorties, pour calculer les inconnues du problème. Dans ce contexte, le laboratoire Ampère développe une méthodologie de conception et dimensionnement, basée sur l'inversion de modèle, utilisant le formalisme bond graph, pour proposer une démarche reposant sur des critères dynamiques et énergétiques, et dont la principale originalité est sa phase d'analyse structurelle, permettant une hiérarchisation d’analyse suivant différents niveaux de la structure physique du modèle (topologie, phénoménologie, paramétrage). L'objectif est de contribuer au développement de cette méthodologie, en l’étendant aux modèles appartenant à la classe des systèmes singuliers, porté par la velléité de décliner la démarche à la conception fonctionnelle du châssis automobile et de ses sous-systèmes, comportant un certain nombre d'abstractions de modélisation et d'idéalisations. Cette déclinaison est proposée, d’une part, au niveau de la structure du modèle et, d’autre part, à un niveau considérant sa phénoménologie et ses lois de comportement. Elle requiert la mise en place préalable d'un référentiel algébrique, essentiellement issu de travaux sur la commande des systèmes, pour constituer une base de validation des extensions graphiques (digraphe et bond graph) proposées. En plus de la généralisation qu'ils constituent à la classe des modèles singuliers, les présents travaux proposent une uniformisation des précédentes approches de la méthodologie, originellement appliquées respectivement aux modèles directs et aux modèles inverses, de sorte qu'il n'est à présent plus nécessaire de les différencier.

The goal of the SThG® project is to recycle, to store and to manage unavoidable and renewable energies in the residential building. The aim of the work performed is to fill the lack of research on global sizing of systems, which is a barrier to the evolution of the energy balance of the building. Indeed, available tools are not adapted to make optimized choices and to size systems as they are very time-consuming. That is why an alternative model has been found. This work can be divided into two main steps. The first one, consists in doing a simplified model of a building and its systems. The second one in applying optimization to have the best choice and the better sizing of those systems according to energy and economic criterions. To solve this problem a model has been developed and two blocks can be identified. The first block is composed of two main points: the establishment of a physical model and the physical optimization. First, a macroscopic model of a building and its systems (recovery, storage and generation) has been created. This model is as much as generic as possible in order to represent a huge part of systems. But, it is also precise to ensure a good description of the real way they work and to allow the link to systems after the physical optimization during block two. Secondly, a Global Pattern Search optimization is used to find the best physical solution according to the constraints of the situation. The second block permits to find solutions in a discrete data basis of systems. These two blocks allow a durability of the tool, indeed the mechanism of optimization depends on the physical model. It will be possible to enrich the data basis of the second block without reconsidering the first one. Thanks to this work, a consistent choice and sizing of systems can be found.; Le projet Smart Thermogène Grid® s’intègre dans la dynamique actuelle d’économie d’énergie en s’intéressant à la mise en œuvre de solutions de récupération et de stockage des énergies fatales et renouvelables dans le bâtiment résidentiel. L’objectif de ce travail de thèse est de proposer une approche globale permettant le choix et le dimensionnement de ces systèmes. Ce manque freine leur intégration au sein du bâtiment ainsi que l’évolution du bilan énergétique. Dans ce contexte, une modélisation de type « boites grises » qui se base sur un assemblage de modules (récupérations sur air extrait, sur eaux usées et solaire, stockages géothermique et en cuve) a été développée. Ce type de démarche permet une simplification importante du modèle complet et une réduction considérable du nombre de paramètres à déterminer. Il devient alors possible de mettre en place une méthode d’optimisation sous contrainte de type GPS afin d’aboutir à un dimensionnement physique. Une solution discrète est ensuite proposée grâce à une recherche dans des bases de données. Il est ainsi possible de répondre à la problématique et de proposer un dimensionnement cohérent du SThG®.

This thesis contributes to the improvement of hybrid embedded source performances supplies an electric vehicle. The studied solution is composed of Li-ion batteries and supercapacitors hybridization, with an aim to achieve improved performances in terms of weight and lifetime over traditional solutions. Our main goal is to take the best advantage of new energy management strategies of the hybrid embedded source and quantify obtained improvements. A multi-physic model including electric, thermal and aging behaviors is developed and integrated into the algorithm of energy management in order to evaluate the gradual degradation of storage components performances during driving cycles and implemented control strategy. New energy management strategies intended to act on the lifetime of hybrid embedded source have been evaluated. Their impact on the performances of the source in terms of weight, cost and lifetime has been quantified and clearly shows that it is possible to make better use of hybrid embedded source thanks to a good power sharing, thus opening the way to new approaches of energy management for these systems.; Ce mémoire contribue à l’amélioration des performances d’une source de stockage hybride embarquée alimentant un véhicule électrique. La solution investiguée est composée de l’association de batteries Li-ion et de super condensateurs, dans le but d’obtenir, par rapport aux solutions classiques, un gain en masse et en durée de vie pour une certaine plage d’autonomie du véhicule. Notre objectif est de mettre à profit l’utilisation de nouvelles méthodes de gestion de la source hybride et de quantifier le gain obtenu. Un modèle multi-physique incluant les aspects électrique, thermique et vieillissement a été développé et intégré dans l’algorithme de gestion d’énergie afin d’évaluer la dégradation progressive des performances des éléments de stockage au cours des cycles de conduite selon la stratégie de gestion implantée. De nouvelles stratégies de gestion ayant pour objectif d’agir sur la durée de vie ont été évaluées. Leur impact sur les performances de la source en termes de masse, coût et durée de vie a pu être quantifié et montre bien que par une meilleure gestion des puissances, il est possible de mieux utiliser le stockeur hybride, ouvrant ainsi la voie à de nouvelles approches de gestion d’énergie pour ces systèmes.

The environmental considerations justify for most the use of renewable energies in the industrialized countries. As regards Benin, small coastal country in track of development, the diversification of sources of energy supply is needed because of no particularly important proved deposit in fossil energy and more than 98% of the energy consumed is imported from neighboring countries such as Nigeria, Ghana and the Ivory Coast.The framework of this thesis is the production of wind power as an additional source of energy with the theme:"Design of wind energy plant associated with electricity network and backup generators : case of Cotonou Benin Marina Hotel"In this document, we have addressed as a generality, the energy context and the definition of the problematic regarding the use of renewable energy. Then, an assessment is made of available wind and solar resource on the site of our study setting to justify our choice. We also undertook a study of dimensioning of wind turbine for the design of our hybrid system. In this context, several simulations are performed with the MATLAB and RetScreen International software.; Les considérations d’ordre écologique justifient pour la plupart le recours aux énergies renouvelables dans les pays industrialisés. En ce qui concerne le Bénin, petit pays côtier en voie de développement, la diversification des sources d’approvisionnement en énergie s’impose car ne disposant pas de gisement prouvé particulièrement important en énergie fossiles et plus de 98% de l’énergie consommée est importée des pays voisins comme le Nigéria ; le Ghana et la Côte d’IvoireCe mémoire a pour cadre la production d’électricité éolienne comme source d’énergie additionnelle avec pour thème :"Étude et conception d'une centrale éolienne couplée au réseau électrique avec groupes électrogènes de secours : cas de l'hôtel Benin Marina à Cotonou"Dans ce document, nous avons abordé en guise de généralité, le contexte énergétique et la définition de la problématique du recours aux énergies renouvelables. Ensuite, une évaluation est faite des ressources éolienne et solaire disponibles du site de notre cadre d’étude aux fins de justifier notre choix. Nous avons également entrepris l’étude de dimensionnement d’aérogénérateur pour la conception de notre système hybride. Dans ce cadre, plusieurs simulations sont effectuées notamment avec les logiciels : RetScreen International, et MATLAB.

One of the main goals of modern neuroimaging is the identification of new markers that can help in the diagnosis and monitoring of neurological pathologies. Multimodal magnetic resonance imaging (MRIm), is an approach allowing the evaluation of several complementary biomarkers within one MRI. This approach has already demonstrated its efficiency in several recent studies, and in particular in Parkinson's disease. We added a new biomarker to the MRIm approach previously used i.e. shape changes of subcortical structures based on T1 images. This marker is now a part of our MRIm approach along with: (i) volumetry from T1 images, (ii) microstructural integrity and orientation from diffusion images and (iii) metal deposits from T2* relaxometry. We applied this multimodal MRI approach to an other neurodegenerative disease, the Alzheimer's disease at a prodromal stage. Results of this preliminary study gave us the opportunity to suggest the existence of two different physiopathological processes at the prodromal phase of the Alzheimer's disease. In fact we observed atrophy with modification of the microstructural integrity for the hippocampus and the amygdala, while only atrophy has been observed for the thalamus and the putamen. Those results also confirmed the necessity of studying neurodegenerative diseases in a multimodal way. Among MRIm markers, the T2* relaxometry for the quantification of intracerebral iron is one of the methods which has been developed lately at the Inserm U825. Dysregulation of iron metabolism and its accumulation are involved in the physiopathology of several neurodegenerative diseases like Parkinson's disease. The experience gained through the different clinical validation of this method in recent years has led us to improve it. Our work was to improve T2* relaxometry by optimizing the acquisition of the images on one hand, and the processing of the images on the other hand. We compared several resolutions, acquisition antennas, number of acquisition by echo time, to determine which parameters gave the higher signal to noise ratio. For the part about the process of the images, we compared the method used as a reference, the least square method using a Levenberg-Marquard algorithm, to an other method, the singular value decomposition to obtain the best estimation of the relaxation rate R2*. Then we were able to develop an optimized T2* relaxometry sequence, which we compared to the one used in the first study, but in the physiological ageing model. Finally in addition to allowing discrimination between elderly and young people, the results obtained with this new sequence were found to be much less sensitive to noise., Un des objectifs majeurs de la neuroimagerie moderne est l'identification de nouveaux marqueurs qui puissent aider au diagnostic et au suivi des pathologies neurologiques. L'imagerie par résonnance magnétique multimodale (IRMm) est une approche permettant l'évaluation de plusieurs biomarqueurs complémentaires au cours d'un seul examen d'IRM. Cette approche a montré son efficacité dans de nombreuses études récentes et notamment dans la maladie de Parkinson. A l'approche IRMm précédemment utilisée, nous avons introduit un nouveau biomarqueur i.e. les changements de forme des structures sous-corticales à partir d'images pondérées en T1. Ce dernier marqueur vient enrichir l'approche IRMm composée de la quantification de : (i) la volumétrie à partir d'images pondérées en T1 (ii) de l'intégrité et l'orientation microstructurales à partir des images pondérées en diffusion et (iii) des dépôts de métaux à partir de la relaxométrie T2*. Nous avons appliqué l'approche IRM multimodale à une autre maladie neurodégénérative, la maladie d'Alzheimer à un stade précoce. Les résultats de cette étude préliminaire nous ont permis de suggérer la présence de processus physiopathologiques différents à la phase prodromique de la maladie d'Alzheimer. En effet nous avons observé pour l'hippocampe et l'amygdale une atrophie avec modification de l'intégrité microstructurale alors que seule une atrophie a été observée pour le thalamus et le putamen. Ces résultats nous ont aussi permis de confirmer l'importance d'une approche multimodale pour les études portant sur les maladies neurodégénératives. Parmi les marqueurs de l'IRMm, la quantification du fer intracérébral par relaxométrie T2* est une des méthodes qui a été développé ces dernières années à l'unité Inserm U825. Le dérèglement du métabolisme du fer et son accumulation sont en effet impliqués dans la physiopathologie de nombreuses maladies neurodégénératives telles que la maladie de Parkinson. L'expérience acquise à travers les différentes validations cliniques de cette méthode ces dernières années nous a conduit à améliorer cette dernière. Nous avons dirigé nos travaux sur l'amélioration de la méthode de relaxométrie R2* en optimisant l'acquisition d'une part et le traitement des images d'autre part. Nous avons donc comparé différentes résolutions, antennes, facteurs d'accélération, et nombres d'acquisitions par temps d'écho afin de déterminer les paramètres permettant d'obtenir le plus haut rapport signal sur bruit. Pour la partie traitement des images nous avons comparé la méthode utilisée comme référence, la méthode des moindres carrés par algorithme de Levenberg-Marquardt, à une autre méthode, la décomposition en valeur singulière pour estimer avec le plus de justesse le taux relaxation R2*. Nous avons ainsi pu mettre au point une séquence de relaxométrie T2* optimisée que nous avons comparé à celle utilisée lors de la première étude, dans le modèle du vieillissement physiologique. Au final en plus de permettre la discrimination entre sujets âgés et jeunes, les résultats obtenus avec cette nouvelle séquence se sont révélés être beaucoup moins sensibles au bruit.

The development of endovascular aortic procedures is growing. These mini-invasive techniques allow a reduction of surgical trauma, usually important in conventional open surgery. The technical limitations of endovascular repair are pushed to special aortic localizations which were in the past decade indication for open repair. Success and efficiency of such procedures are based on the development and the implementation of decision-making tools. This work aims to improve endovascular procedures thanks to a better utilization of pre and intraoperative imaging. This approach is in the line with the framework of computer-assisted surgery whose concepts are applied to vascular surgery. The optimization of endograft deployment is considered in three steps. The first part is dedicated to preoperative imaging analysis and shows the limits of the current sizing tools. The accuracy of a new measurement criterion is assessed (outer curvature length). The second part deals with intraoperative imaging and shows the contribution of augmented reality in endovascular aortic repair. In the last part, image guided surgery on soft tissues is addressed, especially the arterial deformations occurring during endovascular procedures which disprove rigid registration in fusion imaging. The use of finite element simulation to deal with this issue is presented. We report an original approach based on a predictive model of deformations using finite element simulation with geometrical and anatomo-mechanical patient specific parameters extracted from the preoperative CT-scan., Les techniques endovasculaires, particulièrement pour l’aorte, sont en plein essor en chirurgie vasculaire. Ces techniques mini-invasives permettent de diminuer l’agression chirurgicale habituellement importante lors de la chirurgie conventionnelle. Les limites techniques sont repoussées à certaines localisations de l’aorte qui étaient il y a encore peu de temps inaccessibles aux endoprothèses. Le succès et l’efficience de ces interventions reposent en partie sur l'élaboration et la mise en œuvre de nouveaux outils d'aide à la décision. Ce travail entend contribuer à l’amélioration des procédures interventionnelles aortiques grâce à une meilleure exploitation de l’imagerie pré et peropératoire. Cette démarche s’inscrit dans le cadre plus général des Gestes Médico-Chirurgicaux Assistés par Ordinateur, dont les concepts sont revisités pour les transposer au domaine de la chirurgie endovasculaire. Trois axes sont développés afin de sécuriser et optimiser la pose d'endoprothèse. Le premier est focalisé sur l’analyse préopératoire du scanner (sizing) et montre les limites des outils de mesure actuels et évalue la précision d’un nouveau critère de mesure des longueurs de l’aorte (courbure externe). Le deuxième axe se positionne sur le versant peropératoire et montre la contribution de la réalité augmentée dans la pose d’une endoprothèse aortique. Le troisième axe s’intéresse au problème plus général des interventions sur les tissus mous et particulièrement aux déformations artérielles qui surviennent au cours des procédures interventionnelles qui mettent en défaut le recalage rigide lors de la fusion d’images. Nous présentons une approche originale basée sur un modèle numérique de prédiction des déformations qui utilise la simulation par éléments finis en y intégrant des paramètres géométriques et anatomo-mécaniques spécifique-patient extraits du scanner préopératoire.

The development of endovascular aortic procedures is growing. These mini-invasive techniques allow a reduction of surgical trauma, usually important in conventional open surgery. The technical limitations of endovascular repair are pushed to special aortic localizations which were in the past decade indication for open repair. Success and efficiency of such procedures are based on the development and the implementation of decision-making tools. This work aims to improve endovascular procedures thanks to a better utilization of pre and intraoperative imaging. This approach is in the line with the framework of computer-assisted surgery whose concepts are applied to vascular surgery. The optimization of endograft deployment is considered in three steps. The first part is dedicated to preoperative imaging analysis and shows the limits of the current sizing tools. The accuracy of a new measurement criterion is assessed (outer curvature length). The second part deals with intraoperative imaging and shows the contribution of augmented reality in endovascular aortic repair. In the last part, image guided surgery on soft tissues is addressed, especially the arterial deformations occurring during endovascular procedures which disprove rigid registration in fusion imaging. The use of finite element simulation to deal with this issue is presented. We report an original approach based on a predictive model of deformations using finite element simulation with geometrical and anatomo-mechanical patient specific parameters extracted from the preoperative CT-scan., Les techniques endovasculaires, particulièrement pour l’aorte, sont en plein essor en chirurgie vasculaire. Ces techniques mini-invasives permettent de diminuer l’agression chirurgicale habituellement importante lors de la chirurgie conventionnelle. Les limites techniques sont repoussées à certaines localisations de l’aorte qui étaient il y a encore peu de temps inaccessibles aux endoprothèses. Le succès et l’efficience de ces interventions reposent en partie sur l'élaboration et la mise en œuvre de nouveaux outils d'aide à la décision. Ce travail entend contribuer à l’amélioration des procédures interventionnelles aortiques grâce à une meilleure exploitation de l’imagerie pré et peropératoire. Cette démarche s’inscrit dans le cadre plus général des Gestes Médico-Chirurgicaux Assistés par Ordinateur, dont les concepts sont revisités pour les transposer au domaine de la chirurgie endovasculaire. Trois axes sont développés afin de sécuriser et optimiser la pose d'endoprothèse. Le premier est focalisé sur l’analyse préopératoire du scanner (sizing) et montre les limites des outils de mesure actuels et évalue la précision d’un nouveau critère de mesure des longueurs de l’aorte (courbure externe). Le deuxième axe se positionne sur le versant peropératoire et montre la contribution de la réalité augmentée dans la pose d’une endoprothèse aortique. Le troisième axe s’intéresse au problème plus général des interventions sur les tissus mous et particulièrement aux déformations artérielles qui surviennent au cours des procédures interventionnelles qui mettent en défaut le recalage rigide lors de la fusion d’images. Nous présentons une approche originale basée sur un modèle numérique de prédiction des déformations qui utilise la simulation par éléments finis en y intégrant des paramètres géométriques et anatomo-mécaniques spécifique-patient extraits du scanner préopératoire.

Growing environmental issues and concerns have led to efforts to reduce CO2 and greenhouse effect pollutant emissions in the field of electric power generation. This has led Leroy Somer to investigate systems based on hybrid technologies to reduce genset fuel consumption and operating costs. A methodology is developed in this thesis to address issues of sizing hardware resources and their optimal use. The optimum energy management strategy is based on the dynamic programming algorithm of Bellman. It will be associated to a differential evolution optimization algorithm to optimize the design of the hybrid structure. The objective functions are obtained by developing energetic and economic models. Through this method, we show that the benefits of a hybrid generator are strongly related to its use. In cases where the generator is used on profiles with low load factors, the benefits will be significant. It will be very important to have good knowledge of load profiles applications before sizing the whole structure of the hybrid generator. A prototype of this system has been developed and has confirmed simulation results., Les préoccupations environnementales grandissantes nous ont conduits à faire des efforts pour réduire les émissions de gaz à effet de serre, notamment dans le domaine de la production de l’énergie électrique. C’est dans ce contexte que Leroy Somer a lancé des recherches sur les groupes électrogènes hybrides afin de minimiser la consommation de carburant et les coûts d’exploitations. Pour aborder les questions du dimensionnement des ressources matérielles et de leur utilisation optimale, une méthodologie est développée dans cette thèse. La recherche de la stratégie de gestion de l’énergie optimale est basée sur l’algorithme de programmation dynamique de Bellman. Elle sera associée à un algorithme d’optimisation à évolution différentielle pour optimiser le dimensionnement de la structure hybride. Les fonctions de coûts des optimisations sont obtenues par le développement de modèles énergétiques et économiques. Grâce à cette méthode, nous montrons que les gains d’un groupe électrogène hybride sont fortement liés à l’utilisation que l’on aura de celui-ci. Dans les cas où le groupe électrogène est utilisé sur des profils avec de faibles facteurs de charge, les gains pourront être conséquents. Il sera donc primordial de bien connaitre les profils de charge de l’application avant de dimensionner la structure tout entière du groupe électrogène hybride. Les travaux ont également débouché sur une mise en œuvre expérimentale qui a pu valider les premiers résultats obtenu lors des simulations.

The strong dependence on oil and ecological and environmental constraints force many car manufacturers to develop new research programs for the promotion of electric vehicles (EVs) and associated infrastructures. The embedded batteries into the EVs can be charged by the electrical network or by another source of renewable energy. In this context, the work presented in this thesis aims to study a system of EVs charging using solar energy through photovoltaic panels. To do so, a sizing study of the system has been proposed in order to evaluate the energy needs for an EV and determine the quantity of required energy for its propel. The key elements of the system have been sized: photovoltaic panels, storage battery (Lead-acid) and traction battery (Li-ion). From this sizing study and considering the EV characteristics, we determined the energy quantity required for itspropel. With the aim to study the behavior of each system component and analyze its adequacy with the charging process, a modeling study was conducted, and each element is represented by a mathematical model. The performed analysis and comparison of obtained results (simulation results and experimental results) allowed us to validate the developed models. In addition, this modeling study, allowed the validation of the choice of all components of charging system. In fact, the problem was formalized by a linear program with the aim to assign each EV to an adequate charging station. The assignment takes into account various constraints and characteristics of EVs, as well as those of charging stations, traffic conditions, interest points of drivers, etc. The proposed approach allowed to assign adequately and optimally EVs to charging stations while satisfying all constraints., La forte dépendance du pétrole et les contraintes écologiques et environnementales obligent de nombreux constructeurs automobiles à développer des programmes de recherche importants dans le développement des véhicules électriques (VEs) et des infrastructures associées. Les batteries embarquées dans les VEs peuvent être rechargées par le réseau électrique ou par une autre source d'énergie renouvelable. Dans ce contexte, cette thèse a pour but d'étudier un système de recharge de VEs à partir de l'énergie solaire. Pour ce faire, une étude de dimensionnement du système a été proposée afin d'évaluer les besoins énergétiques des VEs et déterminer les quantités d'énergie nécessaires pour les propulser. Les éléments principaux du système ont été dimensionnés. Il s'agit de panneaux photovoltaïques, de la batterie de stockage (au plomb), et de la batterie de traction (Li-ion). A partir de cette étude de dimensionnement, nous avons pu déterminer la puissance et la quantité d'énergienécessaire pour propulser un VE compte tenu de ses caractéristiques. Pour étudier le comportement des différents éléments du système et analyser leur adéquation avec le processus de recharge, une étude de modélisation a été réalisée, et chaque élément est représenté par un modèle mathématique. L'analyse et la comparaison des résultats obtenus (résultats de simulation et résultats expérimentaux) ont permis de valider les modèles proposés. De même, cette étude de modélisation a permis de valider le choix des composants du système de recharge. Dans le but de gérer efficacement les processus et les planifications de recharge, une étude d'optimisation d'affectation de VEs aux stations de recharge a été effectuée. Pour ce faire, le problème a été formalisé par un programme linéaire avec un objectif à atteindre et des contraintes, liées aux caractéristiques des VEs, des stations de recharge et des conditions de circulation, à satisfaire. Cette approche a permis d'affecter, de manière adéquate et optimale, les VEs aux stations de recharge.

The strong dependence on oil and ecological and environmental constraints force many car manufacturers to develop new research programs for the promotion of electric vehicles (EVs) and associated infrastructures. The embedded batteries into the EVs can be charged by the electrical network or by another source of renewable energy. In this context, the work presented in this thesis aims to study a system of EVs charging using solar energy through photovoltaic panels. To do so, a sizing study of the system has been proposed in order to evaluate the energy needs for an EV and determine the quantity of required energy for its propel. The key elements of the system have been sized: photovoltaic panels, storage battery (Lead-acid) and traction battery (Li-ion). From this sizing study and considering the EV characteristics, we determined the energy quantity required for itspropel. With the aim to study the behavior of each system component and analyze its adequacy with the charging process, a modeling study was conducted, and each element is represented by a mathematical model. The performed analysis and comparison of obtained results (simulation results and experimental results) allowed us to validate the developed models. In addition, this modeling study, allowed the validation of the choice of all components of charging system. In fact, the problem was formalized by a linear program with the aim to assign each EV to an adequate charging station. The assignment takes into account various constraints and characteristics of EVs, as well as those of charging stations, traffic conditions, interest points of drivers, etc. The proposed approach allowed to assign adequately and optimally EVs to charging stations while satisfying all constraints., La forte dépendance du pétrole et les contraintes écologiques et environnementales obligent de nombreux constructeurs automobiles à développer des programmes de recherche importants dans le développement des véhicules électriques (VEs) et des infrastructures associées. Les batteries embarquées dans les VEs peuvent être rechargées par le réseau électrique ou par une autre source d'énergie renouvelable. Dans ce contexte, cette thèse a pour but d'étudier un système de recharge de VEs à partir de l'énergie solaire. Pour ce faire, une étude de dimensionnement du système a été proposée afin d'évaluer les besoins énergétiques des VEs et déterminer les quantités d'énergie nécessaires pour les propulser. Les éléments principaux du système ont été dimensionnés. Il s'agit de panneaux photovoltaïques, de la batterie de stockage (au plomb), et de la batterie de traction (Li-ion). A partir de cette étude de dimensionnement, nous avons pu déterminer la puissance et la quantité d'énergienécessaire pour propulser un VE compte tenu de ses caractéristiques. Pour étudier le comportement des différents éléments du système et analyser leur adéquation avec le processus de recharge, une étude de modélisation a été réalisée, et chaque élément est représenté par un modèle mathématique. L'analyse et la comparaison des résultats obtenus (résultats de simulation et résultats expérimentaux) ont permis de valider les modèles proposés. De même, cette étude de modélisation a permis de valider le choix des composants du système de recharge. Dans le but de gérer efficacement les processus et les planifications de recharge, une étude d'optimisation d'affectation de VEs aux stations de recharge a été effectuée. Pour ce faire, le problème a été formalisé par un programme linéaire avec un objectif à atteindre et des contraintes, liées aux caractéristiques des VEs, des stations de recharge et des conditions de circulation, à satisfaire. Cette approche a permis d'affecter, de manière adéquate et optimale, les VEs aux stations de recharge.

Rural areas, often far away from the main electric grid, are particularly suitablefor the deployment of microgrids (MG). This type of grid allows a restructuring oftoday's power grid in order to integrate more efficiently renewable power sources.Biogas, produced by anaerobic digestion of agricultural wastes, is a renewable energyresource available in rural areas. This resource, easily stored in large quantities, isparticularly interesting for weak grids like a MG. Energy sources using biogas are morereliable and less dependent on stochastic phenomena such as wind or solarillumination.After a state of the art on the different technologies enhancing biogas, it is clearthat a hybrid system consisting of a SOFC type fuel cell and a microturbine (MT)achieves the best electric efficiency with low environmental impact.The overall objective of the thesis is to study the SOFC / MT system as themain power source in an isolated rural MG context. For this purpose, a model of thesystem was carried out by focusing on the elements that affect the dynamics of thesystem's electrical signals. The hybrid system was then sized in order to maintainoptimal electrical performance, and a unique 3LNPC multilevel converter is used tointegrate the hybrid system to the MG. As a fuel cell is sensitive to load changes(affecting its performance and lifespan), the first objective of the control strategyapplied to the 3LNPC converter is to regulate the power of the SOFC at its nominalvalue. The MG must be able to operate autonomously when islanded, thus the secondobjective of this strategy is to set the grid voltage and frequency.The controllers of the control strategy are designed paying particular attention tothe robustness. The operation of the SOFC / MT hybrid system, driven by a single3LNPC type converter equipped with an innovative control strategy, has been testedand validated in simulation and experimentally in the MG platform of ESTIAResearch., Les milieux ruraux, souvent distants du réseau électrique principal, sont particulièrement adaptés au déploiement de microréseaux (MR). Ce type de réseau permet une restructuration du réseau électrique d’aujourd’hui afin d'intégrer plus efficacement un plus grand nombre des sources d’énergie renouvelable. Le biogaz,obtenu par la méthanisation des déchets agricoles, est une ressource d’énergie renouvelable disponible dans les zones rurales. Cette ressource, facilement stockable en grande quantité, est particulièrement intéressante pour les réseaux faibles comme le MR. Les sources d’énergies valorisant le biogaz sont plus fiables et moins dépendantes de phénomènes stochastiques comme le vent ou l’éclairement solaire.Après un état de l’art sur les différentes technologies valorisant le biogaz, ilressort qu’un système hybride composé d’une pile à combustible de type SOFC et d’une microturbine (MT) permet d’atteindre le meilleur rendement électrique avec un faible impact environnemental.L’objectif global de la thèse est d’étudier le système SOFC/MT comme source principale dans un contexte MR rural isolé. Dans ce but, une modélisation du système a été réalisée en se focalisant sur les éléments ayant un impact sur la dynamique des signaux électriques du système. Le système hybride a ensuite été dimensionné dans le but de conserver un rendement électrique optimal et un unique convertisseur multiniveau de type 3LNPC est utilisé pour l'intégrer au MR. Comme une pile à combustible est sensible aux variations de charges (affectant son rendement et sa durée de vie), le premier objectif de la stratégie de commande appliquée au convertisseur 3LNPC est de réguler la puissance de la SOFC à sa valeur nominale. Le MR devant pouvoir fonctionner en autonomie lors de son ilotage, le deuxième objectif de cette stratégie est de fixer la tension et la fréquence du réseau.Les contrôleurs de la stratégie de commande sont conçus en attachant une importance particulière à la robustesse des correcteurs. Le fonctionnement du système hybride SOFC/MT, piloté par un unique convertisseur de type 3LNPC équipé d’une stratégie de commande originale, a été testé et validé en simulation puis expérimentalement sur la plateforme MR d’ESTIA-Recherche.

International audience; Cet article concerne un problème de planification dans un réseau de distribution à deux échelons (des entrepôts fournissent des produits finis à plusieurs dépôts) intégrant la gestion de stocks de produits périssables, le dimensionnement de lots, des alternatives d'approvisionnement et une flotte homogène. Un dépôt peut être approvisionné par plusieurs entrepôts, le choix des alternatives d'approvisionnement est déterminé en fonction de la disponibilité des produits dans les entrepôts, des moyens de transport, mais aussi des coûts de transport. L'objectif consiste à trouver un compromis entre les coûts de transport, de stockage aux entrepôts et aux dépôts, de la perte due à l'obsolescence des produits. La méthode utilisée est basée sur une heuristique constructive " gloutonne ". Elle construit la solution étape par étape, guidée par des règles de priorité. L'heuristique est scindée en trois procédures principales pour mieux équilibrer les stocks dans les cas de pénurie ou de capacité très limitée. La première consiste à déterminer les quantités nécessaires afin d'éviter la rupture de stock des dépôts. Ensuite, nous cherchons à atteindre le stock objectif (niveau stock idéal). Enfin, le surplus des entrepôts est déployé vers les dépôts. Nous donnons à l'utilisateur un choix de priorisation, il s'agit de trier les stocks selon un critère choisi. Afin d'améliorer la qualité des solutions fournies par l'heuristique, nous avons introduit une randomisation. Le problème étudié est assez répandu dans le domaine industriel comme celui des produits laitiers. Un programme linéaire mixte a été élaboré, cependant une heuristique est nécessaire pour deux raisons, à savoir : la résolution de problèmes de très grande taille et une meilleure compréhension de la construction de la solution (les solutions construites par les solveurs commerciaux de Programmation Linéaire étant souvent difficiles à expliquer). L'heuristique, qui a été incluse dans un APS (Advanced Planning System), est comparée avec une résolution optimale du modèle sur des instances issues de données réelles.

This thesis work proposes a systematic methodology dedicated to the evaluation and comparison of CO2 emissions’ reduction for hybrid electric vehicles with different architectures and different levels of functionality. A sizing methodology has been developed, which is based on the definition of the requirements for the dynamic performances of vehicles, on the development of scaling algorithms in order to generate the dataset for the powertrain components (battery, electric motor, engine), and on the application of procedures for the sizing of a vehicle under CO2 emissions’ minimization constraint. The energy consumption evaluation of the different vehicle configurations, which were previously sized, is founded on the definition of a variety of vehicle’s type of use, as well as on the implementation of an optimal energy management strategy, the Pontryaguin’s Minimum Principle. These methodologies have been applied to a conventional vehicle architecture, which has been used as a reference for dynamic performances and energy consumption, and to a hybrid parallel pre-transmission architecture, which has been defined in two configurations, a plug-in hybrid and a non plug-in full-hybrid., Ce travail de thèse propose une méthodologie systématique d’évaluation et de comparaison des gains en émissions de CO2 de véhicules hybrides électriques de différentes architectures et intégrant différentes fonctionnalités. Une méthodologie de dimensionnement a été mise en place, elle se base sur la définition d’un cahier des charges en performances dynamiques des véhicules, la mise en place d’algorithmes de mise à l’échelle afin de générer les données des composants de la chaîne de traction (batterie, machine électrique, moteur thermique), et l’utilisation de procédures de dimensionnement du véhicule sous contrainte de minimisation des émissions de CO2. L’évaluation énergétique des différentes configurations de véhicule ainsi dimensionnées s’articule autour de la définition de différents usages du véhicule et sur l’implémentation d’une loi de gestion optimale de l’énergie de type Principe du Minimum de Pontriaguine. Ces méthodologies ont été appliquées à une architecture conventionnelle, servant de référence pour les performances dynamiques et les consommations énergétiques, et d’une architecture hybride parallèle pré-transmission, pour laquelle une configuration hybride rechargeable et une configuration hybride non rechargeable ont été implémentées.

Currently, the main embedded storage system supplying the electric vehicles is composed of Li-ion batteries. This thesis is one of the common themes of work that ESTACA leads in collaboration with L2EP. The objective of this work is to study the interest of a hybrid source composed of Li-ion batteries and supercapacitors to supply an urban electric.Firstly, an energy management strategy based on deterministic rules is developed to control the power between the battery and supercapacitor. To demonstrate the combination utility, different Li-ion battery technologies (Li-ion high power, high-Li-ion energy) are used on the sizing step. Through this study, we could propose an optimal solution (masses, volumes, costs...) consisting of battery and supercapacitor. In the second part, we have followed the evolution of capacity and the internal resistance losses of high power and high energy batteries type in, respectively, single-source and hybrid configurations. For this study, a test bench, developed for cycling and characterization of storage systems, was used. The results obtained provide the opportunity to choose Li-ion battery technology that could be the most interesting for the supply of electric vehicles; Actuellement, la principale source d’énergie embarquée dans les véhicules électriques est composée de batteries Li-ion. Cette thèse fait partie des thématiques communes de travail que mène L’ESTACA en collaboration avec le L2EP. L’objectif ce projet est d’étudier l’apport d’une source hybride composée de batteries Li-ion et des supercondensateurs, sur les performances d’un véhicule électrique urbain.Dans un premier temps, une stratégie de gestion d’energie basée sur l’approche des règles déterministes a été appliquée pour montrer l’intérêt de l’association des différentes technologies de batterie Li-ion (haute puissance, haute énergie) avec le supercondensateur en fonction de l’autonomie voulue. Cette étude nous a permis de proposer une solution optimale (poids, volume, coût..) composée d’une batterie énergétique et un supercondensateur.Dans la deuxième partie, on a suivie l’évolution du vieillissement des deux de deux batteries de type haute puissance et hautes énergie dans, respectivement, les configurations mono-source et hybride. Pour réaliser cette étude, un banc de tests, destiné au cyclage et la caractérisation des systèmes de stockage, a été utilisé. Les résultats obtenus, offriront la possibilité de se prononcer sur le type de batteries Li-ion qui pourrait être le plus intéressant pour l’alimentation des véhicules électriques

Gas hydrates are a non conventional way of trapping and storing gas molecules trough the crystallization of water under the high pressure and low temperature conditions. Quaternary ammonium salts form hydrates at atmospheric pressure and can also form mixed hydrates in the presence of gas. It’s important to know their thermodynamic properties in order to evaluate their potential applications: one of these applications is the capture of carbon dioxide from flue gas. The semiclathrates studied were made from peralkylamonium salts (TBAB, TBACl, TBAF) and tetrabutyl phosphonium bromide (TBPB) plus several gases: CO2, N2, and CH4. The formation pressure was greatly reduced with regards to the respective gas hydrates. An eNRTL model for determining the activity coefficients of hydrate forming systems with salts has been used. Single and double salts systems were analyzed in the presence of CH4 and the data obtained is in a good agreement with the literature. The TBAB and CH4 semiclathrates system was also investigated with the results being different of those of the literature probably due to a difference on the structure of the semiclathrate. However, the results are promising, and the model gives a good predictionBased on the experimental results, a pilot plant scale process was designed. This new process consists in forming mixed hydrates of TBAB and CO2 in a bubble column. The hydrates are then removed from the column and after expansion, the mixed hydrates transform into TBAB hydrates releasing CO2, which can be returned to the bubble column.; Les hydrates de gaz sont une façon non conventionnelle de piéger et de stocker des molécules de gaz par cristallisation d’eau à haute pression et à basse température. Les sels d'ammonium quaternaire forment des semiclathrates hydrates à pression atmosphérique et des hydrates mixtes en présence de gaz. Il est important de connaître leurs propriétés thermodynamiques, afin d'évaluer leurs applications potentielles : une des ces-ci est la capture du dioxyde de carbone à partir des gaz de combustion. Dans nos expériences, les semiclathrates ont été fabriqués à partir de sels de peralkylammonium (TBAB, TBACl, TBAF), et de bromure de tétra-butylphosphonium (TBPB) en combinaison avec plusieurs gaz : CO2, N2, CH4. La pression de formation a été fortement réduite par rapport aux hydrates de gaz respectifs.Afin de déterminer les coefficients d'activité des hydrates en présence de sels, un modèle eNRTL a été conçue. Des systèmes comportant un sel ou deux sels ont été modélisés en présence d’hydrate de CH4 et sont en accord avec la littérature. Un système en présence de TBAB et de CH4 a été également étudié : la modélisation diffère des données expérimentales de la littérature, probablement en raison d’une structure différente. Cependant, les résultats sont prometteurs, et le modèle donne une bonne prédiction. Sur la base des résultats expérimentaux, un procédé à l'échelle pilote a été conçu. Ce nouveau procédé consiste à former des hydrates mixtes de TBAB et de CO2 dans une colonne à bulles. Les hydrates sont ensuite retirés de la colonne et après dépressurisation, les hydrates mixtes se transforment en hydrates de TBAB, libérant du CO2, qui est renvoyé à la colonne à bulles.

Currently, the main embedded storage system supplying the electric vehicles is composed of Li-ion batteries. This thesis is one of the common themes of work that ESTACA leads in collaboration with L2EP. The objective of this work is to study the interest of a hybrid source composed of Li-ion batteries and supercapacitors to supply an urban electric.Firstly, an energy management strategy based on deterministic rules is developed to control the power between the battery and supercapacitor. To demonstrate the combination utility, different Li-ion battery technologies (Li-ion high power, high-Li-ion energy) are used on the sizing step. Through this study, we could propose an optimal solution (masses, volumes, costs...) consisting of battery and supercapacitor. In the second part, we have followed the evolution of capacity and the internal resistance losses of high power and high energy batteries type in, respectively, single-source and hybrid configurations. For this study, a test bench, developed for cycling and characterization of storage systems, was used. The results obtained provide the opportunity to choose Li-ion battery technology that could be the most interesting for the supply of electric vehicles; Actuellement, la principale source d’énergie embarquée dans les véhicules électriques est composée de batteries Li-ion. Cette thèse fait partie des thématiques communes de travail que mène L’ESTACA en collaboration avec le L2EP. L’objectif ce projet est d’étudier l’apport d’une source hybride composée de batteries Li-ion et des supercondensateurs, sur les performances d’un véhicule électrique urbain.Dans un premier temps, une stratégie de gestion d’energie basée sur l’approche des règles déterministes a été appliquée pour montrer l’intérêt de l’association des différentes technologies de batterie Li-ion (haute puissance, haute énergie) avec le supercondensateur en fonction de l’autonomie voulue. Cette étude nous a permis de proposer une solution optimale (poids, volume, coût..) composée d’une batterie énergétique et un supercondensateur.Dans la deuxième partie, on a suivie l’évolution du vieillissement des deux de deux batteries de type haute puissance et hautes énergie dans, respectivement, les configurations mono-source et hybride. Pour réaliser cette étude, un banc de tests, destiné au cyclage et la caractérisation des systèmes de stockage, a été utilisé. Les résultats obtenus, offriront la possibilité de se prononcer sur le type de batteries Li-ion qui pourrait être le plus intéressant pour l’alimentation des véhicules électriques

Gas hydrates are a non conventional way of trapping and storing gas molecules trough the crystallization of water under the high pressure and low temperature conditions. Quaternary ammonium salts form hydrates at atmospheric pressure and can also form mixed hydrates in the presence of gas. It’s important to know their thermodynamic properties in order to evaluate their potential applications: one of these applications is the capture of carbon dioxide from flue gas. The semiclathrates studied were made from peralkylamonium salts (TBAB, TBACl, TBAF) and tetrabutyl phosphonium bromide (TBPB) plus several gases: CO2, N2, and CH4. The formation pressure was greatly reduced with regards to the respective gas hydrates. An eNRTL model for determining the activity coefficients of hydrate forming systems with salts has been used. Single and double salts systems were analyzed in the presence of CH4 and the data obtained is in a good agreement with the literature. The TBAB and CH4 semiclathrates system was also investigated with the results being different of those of the literature probably due to a difference on the structure of the semiclathrate. However, the results are promising, and the model gives a good predictionBased on the experimental results, a pilot plant scale process was designed. This new process consists in forming mixed hydrates of TBAB and CO2 in a bubble column. The hydrates are then removed from the column and after expansion, the mixed hydrates transform into TBAB hydrates releasing CO2, which can be returned to the bubble column., Les hydrates de gaz sont une façon non conventionnelle de piéger et de stocker des molécules de gaz par cristallisation d’eau à haute pression et à basse température. Les sels d'ammonium quaternaire forment des semiclathrates hydrates à pression atmosphérique et des hydrates mixtes en présence de gaz. Il est important de connaître leurs propriétés thermodynamiques, afin d'évaluer leurs applications potentielles : une des ces-ci est la capture du dioxyde de carbone à partir des gaz de combustion. Dans nos expériences, les semiclathrates ont été fabriqués à partir de sels de peralkylammonium (TBAB, TBACl, TBAF), et de bromure de tétra-butylphosphonium (TBPB) en combinaison avec plusieurs gaz : CO2, N2, CH4. La pression de formation a été fortement réduite par rapport aux hydrates de gaz respectifs.Afin de déterminer les coefficients d'activité des hydrates en présence de sels, un modèle eNRTL a été conçue. Des systèmes comportant un sel ou deux sels ont été modélisés en présence d’hydrate de CH4 et sont en accord avec la littérature. Un système en présence de TBAB et de CH4 a été également étudié : la modélisation diffère des données expérimentales de la littérature, probablement en raison d’une structure différente. Cependant, les résultats sont prometteurs, et le modèle donne une bonne prédiction. Sur la base des résultats expérimentaux, un procédé à l'échelle pilote a été conçu. Ce nouveau procédé consiste à former des hydrates mixtes de TBAB et de CO2 dans une colonne à bulles. Les hydrates sont ensuite retirés de la colonne et après dépressurisation, les hydrates mixtes se transforment en hydrates de TBAB, libérant du CO2, qui est renvoyé à la colonne à bulles.

The works presented in this thesis are part of the problem of design and optimization of power systems using renewable energy sources. The major target is to propose new approaches of multi-objective optimization of hybrid systems consisting of wind source, solar source and storage system with or without diesel generator. This optimization begins by a better knowledge of wind and solar potential of the study sites. Indeed, the analysis of the wind speed and solar radiation using real collected data in several localities in Senegal has allowed to assess the wind and solar potential in these areas. The results of estimation of these two potentials are then used for design of optimized hybrid wind-solar-battery-diesel generator using a multi-objective genetic algorithm.The analysis of the influence of the wind and solar potential and the load profile showed that the cost of the optimal configuration is very sensitive to the variation of the wind speed, the solar radiation and the variation of the load profile. Further, the obtained results in this study showed that the cost of the optimal configuration decreases as the Loss of Power Supply Probability (LPSP) increases.The analysis of influence of the diesel generator on the optimal configuration showed also that for LPSP=0, the total cost of system decreases with more request of the diesel generators. However, the emission rate of the CO2 becomes more important.The influence study of the variations of the load profile on the optimal configuration of hybrid system with diesel generator (SHESBG) showed that the total cost system is lower for the load profile which adapted to changes in wind and solar potential. This result is also observed for a system without diesel generator (SHESB)., Les travaux présentés dans cette thèse s’inscrivent dans la problématique de dimensionnement et de l’optimisation de systèmes électriques utilisant des sources d’énergies renouvelables. L’objectif principal est de proposer de nouvelles approches d’optimisation multi-objectif de systèmes hybrides composés de sources éolienne et solaire avec ou sans groupe électrogène et d’un système de stockage. Cette optimisation passe d’abord par une meilleure connaissance des potentiels éolien et solaire des sites d’étude. En effet, l’analyse de la vitesse du vent et du rayonnement solaire à l’aide de mesures réelles collectées dans plusieurs localités du Sénégal a permis d’évaluer les potentiels éolien et solaire dans ces zones. Les résultats d’estimation de ces deux potentiels sont ensuite utilisés pour faire le dimensionnement de systèmes hybrides éolien-solaire-batterie-groupe-électrogène optimisés en utilisant un algorithme génétique multi-objectif.L’analyse de l’influence des potentiels éolien et solaire et du profil de charge a montré que le coût de la configuration optimale est très sensible à la variation des potentiels éolien et solaire disponibles et à la variation du profil de charge. Les résultats obtenus dans le cadre de cette étude ont montré aussi que le coût de la configuration optimale diminue au fur et à mesure que le taux de non couverture de charge (LPSP) augmente.L’analyse de l’influence du groupe électrogène sur la configuration optimale a aussi montré que pour LPSP=0, le coût global du système baisse avec une sollicitation plus accrue des groupes électrogènes. Cependant, le taux d’émission de CO2 devient plus important.L’étude de l’influence des variations du profil de charge sur la configuration optimale du système hybride avec groupe électrogène (SHESBG) a montré que le coût global du système est plus faible pour un profil de charge adapté aux variations des potentiels éolien et solaire. Ce résultat est aussi observé pour un système sans groupe électrogène (SHESB).

The research (thesis work) concerning the implementation of a distributed maintenance in the manufacturing systems. Our problem has focused on a maintenance system for a system of network companies with multiple production sites. These sites are scattered in a geographic area with large distances between sites. A repair faulty parts requires specific resources located in a central workshop. The work of thesis relates to the implementation of a step of maintenance workshops design and dimensioning of the resources in a distributed context. We can lay out these notes: 1. The central maintenance workshop which deals with repairs of the faulty equipment is called AdM Central. 2. The mobile maintenance workshop which carries out preventive maintenance actions on several geographically distributed sites is called AdM. 3. A group of sites of production. For a given budget, the objective is to propose a methodology for sizing the shared resources (spare parts and maintenance operators), to propose an inspection policy adapted to mobile workshop and to schedule the maintenance tasks. We propose, in this context of distributed maintenance, methodology to minimize the cost function. From the state of multi-site structure, a modular approach to modeling and analysis is proposed. The network of maintenance workshops is modeled by a form of generalized and internal synchronized stochastic Petri nets (RdPSGSyI). Through the calculation of optimal routes, the step evaluation of costs is done by simulation models developed using the Stateflow toolbox of Matlab. Random failure of a production site is taken into account., Les travaux de thèse concernent la mise en oeuvre d'une maintenance distribuée dans les systèmes manufacturiers. Notre problématique s'est portée sur la mise en place d'un service de maintenance destiné à un réseau d'entreprises de plusieurs sites de production. Ces sites sont répartis géographiquement avec des distances importantes intersites, et dont la réparation des parties défaillantes requiert des ressources particulières situées dans un atelier central. Il s'agit donc de la mise en oeuvre d'une démarche de conception d'ateliers de maintenance et dimensionnement des ressources dans un contexte distribué. On se place dans le cas où l'on dispose : 1. d'un atelier de maintenance central qui prend en charge les réparations des équipements défaillants, c'est l'AdM Central ; 2. d'un atelier de maintenance mobile qui effectue des actions de maintenance préventives sur plusieurs sites répartis géographiquement, c'est l'AdM mobile ; 3. un ensemble de sites de production ; Pour un budget donné, l'objectif est de proposer une démarche méthodologique permettant de dimensionner les ressources communes (pièces de rechange et opérateurs de maintenance), de proposer une politique d'inspection adéquate de l'atelier mobile et d'ordonnancer les tâches de maintenance. Nous proposons, dans ce contexte de maintenance distribuée, une méthodologie permettant de minimiser la fonction coût. À partir d'une structure multi-sites, une démarche de modélisation modulaire et d'analyse est proposée. Le réseau d'ateliers de maintenance est modélisé par une forme de Réseaux de Petri Stochastiques Synchronisés (RdPSSy). Passant par le calcul du parcours optimal, l'étape d'évaluation des coûts est effectuée par simulation des modèles développés en utilisant la toolbox Stateflow de Matlab. cas de panne aléatoire sur un site de production est pris en compte.

Most of scheduling methods consider a determinist environment where the data of the problem are known. Nevertheless, in reality, several kinds of risks can be considered and the robust scheduling allows taking into account it. In this thesis, our initial assumption is that, non-robust schedules will rapidly become inefficient with uncertainty, while robust schedules, less efficient than the non-robust ones without any uncertainty, will not deteriorate as fast as non-robust schedules do when uncertainty is introduced. In this context, we proposed a genetic algorithm for a robust scheduling. We developed a new mechanism of resolution and a new robustness criterion allowing to find a solution of good performance and little sensitive to the uncertainties. A computational experiment has been performed, first, to verify the efficiency of the genetic algorithm for deterministic scheduling, without taking uncertainties into account, second, to validate the genetic algorithm for robust scheduling using simulation to evaluate the robustness quality in front of uncertainties. We integrate this approach of robustness in a methodological approach based on simulation-optimisation techniques for the help to the sizing manufacturing systems based on robust scheduling. The various modules of this approach were developed as a sizing and design-aided tool applied in a real application case: operating theatres in the hospital sector.; La plupart des méthodes d'ordonnancement considèrent un environnement déterministe où les données du problème sont connues. Néanmoins, en réalité, plusieurs sortes d'aléas peuvent être rencontrées et l'ordonnancement robuste permet en tenir compte. Dans cette thèse, notre intuition initiale est que, d'une part, un ordonnancement non robuste deviendra rapidement inefficace avec les incertitudes qu'un ordonnancement robuste, et d'autre part, un ordonnancement robuste sera moins efficace qu'un ordonnancement non robuste en l'absence d'incertitudes. Dans ce cadre, nous avons proposé un algorithme génétique pour l'ordonnancement robuste. Un nouveau mécanisme de résolution et un nouveau critère de robustesse permettant de trouver une solution de bonne performance et peu sensible aux incertitudes ont été développés. Une phase expérimentale a été menée, d'une part, pour vérifier l'efficacité de l'algorithme génétique pour l'ordonnancement déterministe, sans tenir compte des incertitudes, et d'autre part, pour valider l'algorithme génétique pour l'ordonnancement robuste par la simulation afin de juger la qualité de la robustesse face aux incertitudes. Nous avons intégré cette approche de robustesse dans une démarche méthodologique générique intégrant des techniques d'optimisation et de simulation pour l'aide au dimensionnement des systèmes de production basé sur des ordonnancements robustes. Les différents modules de la démarche ont été développés sous forme d'un outil d'aide au dimensionnement, dans le cadre d'un cas applicatif réel, celui du bloc opératoire dans le secteur hospitalier.

This thesis comes within the scope of mechatronic systems design and deals especially with the problem of their sizing. To that aim, it focuses attention on methods allowing the selection of the components constituting their actuating chains with respect to given requirements. Since current competitive laws require a frequent product renewal in spite of an ever increasing product complexity, the adopted approaches for handling this kind of problem have to be less expensive in financial terms as well as in the duration of the design phase. So as to decrease the number of iterations during the design process, one possible solution is to reformulate the problem as an inverse problem where the unknowns of the sizing problem are directly determined from the requirements expressed on the system outputs. With this in mind, the Ampère laboratory suggests a sizing methodology based on the use of inverse bond graph models. The objective of this thesis is to contribute to the development of this methodology in its structural analysis phase on one hand the phase allowing to check before any numerical simulation if the inverse problem is well-posed) and in its sizing phase on the other hand the phase where the model inversion is applied and exploited). Concerning the structural analysis phase, the dissertation aims at describing the mechanisms of such a analysis in the bond graph language and also at specifying its validity domain. To do that, a comparison between the bond graph, the Modelica, the structured system and the state-space approaches allows to highlight the existence of several information and description levels on the system. Depending on the non exploitation or the exploitation of these levels, several levels of analysis are then suggested: the structured level, the BG-structural level and the behavioral level. It is also shown how these different levels of analysis can be useful in a design process and how they permit to reformulate some bond graph properties according to which design phase we place ourselves the properties expressed at a BG-structural level allows to invalidate or validate the architecture of the system). Concerning the sizing phase, the dissertation tackles the case where the sizing problem can not be entirely reformulated as an inverse problem and so where the methodology can not be directly applied. To that aim, the problem of representing an optimization problem in the bond graph language is dealt with so as to handle requirements which can not be expressed as functions of time. A bond graph-based optimization procedure is thus studied and extended to a class of non linear systems. Finally, an example of a coupling between the sizing methodology and dynamic optimization is implemented till the obtaining of numerical results so as to illustrate the feasibility of the methodology all along the design process., Cette thèse s'inscrit dans le cadre de la conception de systèmes mécatroniques et traite plus spécifiquement du problème de leur dimensionnement. Dans ce sens, elle s'intéresse aux méthodes permettant de sélectionner les composants constituant leurs chaînes d'actionnement afin de satisfaire au mieux un cahier des charges donné. Puisque les lois concurrentielles actuelles demandent un renouvellement fréquent des produits malgré une complexité toujours croissante, les démarches adoptées pour traiter ce type de problème se doivent d'être les moins coûteuses en termes financiers mais aussi en termes de temps d'étude. Pour diminuer le nombre d'itérations du processus de conception, une solution possible est de reformuler le problème sous la forme d'un problème inverse où les inconnues du problème de dimensionnement sont directement calculées à partir des spécifications du cahier des charges sur les sorties du système. Dans cette optique, le laboratoire Ampère propose une méthodologie de dimensionnement par modèles bond graph inverses. L'objectif de cette thèse est de contribuer au développement de cette méthodologie d'une part dans sa phase d'analyse structurelle (phase permettant de vérifier avant toute simulation si le problème inverse est correctement posé) puis, d'autre part, dans sa phase de dimensionnement (phase durant laquelle l'inversion du modèle est effectivement mise en œuvre puis exploitée). Concernant la phase d'analyse structurelle, le mémoire s'attache à détailler les mécanismes d'une telle analyse dans le langage bond graph mais vise aussi à préciser son domaine de validité. Pour cela, une comparaison de l'approche bond graph aux approches Modelica, système structuré et modèle d'état permet de mettre en évidence l'existence de plusieurs niveaux d'information et de description sur le système. Selon l'exploitation ou non de ces différents niveaux d'information et de description, plusieurs niveaux d'analyse sont ensuite proposés : le niveau structuré, le niveau BG-structurel et le niveau comportemental. Il est également montré comment ces différents niveaux d'analyse peuvent être mis à profit dans une démarche de conception et comment ceux-ci permettent de reformuler certaines propriétés bond graph selon la phase de conception dans laquelle nous nous trouvons les propriétés au niveau d'analyse BG-structurel permettent d'infirmer ou de valider l'architecture du système). Concernant la phase de dimensionnement, le mémoire aborde le cas où le problème de dimensionnement ne peut se formuler complètement sous la forme d'un problème inverse et où la méthodologie ne peut s'appliquer directement. Pour cela, le problème de la représentation bond graph d'un problème d'optimisation dynamique est étudié afin de traiter des spécifications qui ne peuvent s'exprimer sous forme de fonctions dépendant explicitement du temps. Une procédure bond graph d'optimisation est à cette fin reprise puis étendue notamment à une classe de systèmes non linéaires. Enfin, un exemple de couplage entre méthodologie de dimensionnement et optimisation dynamique est effectivement mis en œuvre jusqu'à l'obtention de résultats numériques afin d'illustrer la faisabilité de la méthodologie tout au long du processus de conception.

Electrical power is becoming something common but it remains very dangerous for man. Devices as miniature circuit breakers or residual current devices (RCD) have been developped to keep users and goods safe.This report deals with RCD or more precisely with electromechanics actuators that we find in these devices. Our work aims therefore at designing and optimizing high sensitiviy polarized relay. The design approach is divided in three axes. Firstly, the use of TRIZ methodology allows to define all different problematics, to complete specifications and to find avenues of research. Then, numerical and analytical models are used to size and optimize the structure. Finally, the making of prototypes allows to valid theoretical results and the working of the relay., L'énergie électrique est devenue tout ce qui a de plus banal mais elle reste potentiellement très dangereuse pour l'homme. Des dispositifs comme des disjoncteurs ou des interrupteurs différentiels (RCD) ont été développés pour assurer la sécurité des biens et des personnes.Les travaux de cette thèse ont pour objectif la conception et l'optimisation d'actionneurs électromécaniques polarisés haute sensibilité que nous retrouvons dans les RCD. La démarche de conception se décompose en trois axes. Tout d'abord, l'utilisation de la méthodologie TRIZ qui permet de reformuler les différentes problématiques, de compléter le cahier des charges et de rechercher des pistes de solutions. Ensuite, les modélisations numériques et analytiques sont utilisées pour le dimensionnement et l'optimisation de la structure. Enfin la réalisation de prototypes nous permet de valider les résultats théoriques et le fonctionnement de l'actionneur.

Given the actual international concerns about global warming and oil depletion, there are increased interests on sustainable development. Thus, in order to preserve our actual mobility habits, it is very important to find new solutions for clean and efficient propulsion. Therefore, the global optimal design in the field of electric drive train is of major interest.The present dissertation proposes a rational methodology for global optimal design and uses it to design electric drive trains. The methodology is general and is managed by constrained optimization. It allows different levels of granularity within the design model. A graphical user interface was developed in order to easily apply this methodology to various practical cases of design. Two objectives were considered. The first relates to the definition of the component specifications, the second one to the detailed design of one or more components of the drive train taking into account the whole system. These applications highlight the advantages of suggested methodology and the importance of a systemic approach.; Les préoccupations actuelles sur le réchauffement climatique et la déplétion des ressources fossiles exigent une mutation basée sur le développement durable. Ainsi, afin de garder nos acquis en termes de mobilité, il est extrêmement important de trouver des solutions de propulsion propres et efficaces. C'est pourquoi, la conception optimale systémique des chaînes de traction électrique est un enjeu majeur.La thèse présente une méthodologie rationnelle pour la conception optimale systémique appliquée à la conception des chaînes de traction électrique. La méthodologie est générale et se base sur l'optimisation sous contraintes. Elle intègre l'utilisation de différents niveaux de granularité au sein du modèle de conception. Une interface a été développée afin d'appliquer aisément cette méthodologie à des cas pratiques variés. Deux objectifs ont été traités, le premier concerne la définition des cahiers des charges des composants, le deuxième concerne la conception détaillée d'un composant de la chaîne de traction en prenant en compte l'ensemble du système. Ces applications mettent en évidence les avantages de la méthodologie proposée et l'importance de l'approche systémique.

In many of the remote areas, the diesel generator is the main source of power supply. The cost of grid extension is, and will probably continue to be, prohibitive and the fuel cost increases severely with the remoteness of the location. The combination of several energy sources (wind turbines, photovoltaic panels, small hydroelectric power plants etc.) in a Hybrid Power System (HPS) can be very attractive for most of the remote areas, in terms of cost and availability.However, improvements of the design and operation of the HPS are still needed to make this technology more competitive in remote areas. In this context, the work presented in this thesis is a contribution to the behaviour analysis and the performances control of an HPS constituted by two renewable energy sources, a diesel generator and storage batteries. This kind of system is studied according to three aspects: sizing, maximizing the use of the renewable resources and power quality.To maximize the use of renewable resources, the size and operation of the HPS components are matched to the load and the available renewable resources. Then, simulation models for all components of the HPS are developed and brought together in a parametric library under MATLAB/Simulink environment. The simulation models, sufficiently precise, are used in a modular manner for a higher flexibility of the HPS dynamic behaviour investigation and to test different control strategies. Each source of the system includes a control strategy either to satisfy an energy criterion or to reproduce a realist dynamic behaviour.In order to be able to analyze and to improve the voltage quality, simulation models capable of treating unbalances were developed. A four-leg bi-directional converter is the proposed solution to mitigate the voltage unbalance. Special control strategies associated to this topology have been proposed to improve the quality of the output voltage under unbalanced load conditions.The simulations results show that using power electronics and the suitable control strategies, it is possible to have a high level integration of renewable energy sources and to improve the power quality of an HPS.; Dans la plupart des régions isolées, le générateur diesel est la source principale d'énergie électrique. Pour ces régions, le prix d'extension du réseau électrique s'avère prohibitif et le surcoût de l'approvisionnement en combustible augmente radicalement avec l'isolement. Dans ce contexte, l'interconnexion de plusieurs sources d'énergie renouvelable (des éoliennes, des panneaux photovoltaïques, des petites centrales hydroélectriques, etc.) dans un Système d'Energie Hybride (SEH) peut avoir une incidence profitable sur la production d'énergie électrique, en termes de coût et de disponibilité.Cependant, des améliorations dans la conception et le fonctionnement des SEH sont toujours nécessaires pour rendre cette technologie plus compétitive dans les régions isolées. Ainsi, le travail de recherche présenté dans cette thèse est une contribution à l'analyse du comportement et à la maîtrise des performances d'un SEH constitué par deux sources d'énergie renouvelable, un générateur diesel et des batteries de stockage. Ce type de système est étudié selon trois aspects : dimensionnement, maximisation de l'utilisation des ressources renouvelables et qualité de l'énergie électrique. Pour maximiser l'utilisation des ressources renouvelables, le dimensionnement et le choix du fonctionnement des composants sont réalisés en tenant compte des ressources énergétiques disponibles, ainsi que des contraintes d'utilisation. Ensuite, les modèles de simulation pour les sources du SEH, les éléments d'interconnexion et le système de stockage sont développés et réunis dans une bibliothèque de modèles paramétriques sous l'environnement MATLAB/Simulink. Les modèles de simulation, suffisamment précis, sont utilisés de manière modulaire pour une plus grande flexibilité dans l'étude du comportement dynamique du SEH et pour tester différentes stratégies de commande. Cette démarche permet ainsi de créer des scénarios de conditions de fonctionnement pour le SEH et de faire varier par la simulation, les sources d'énergie et/ou le niveau et le type de charge. Chaque composant du SEH étudié inclut une stratégie de commande, dans le but soit de satisfaire un critère énergétique, soit de permettre de reproduire un comportement dynamique réaliste. En vue de pouvoir analyser et améliorer la qualité de la tension, nous avons développé des modèles capables de rendre compte et de traiter les déséquilibres. Un convertisseur bidirectionnel à quatre bras est proposé comme solution pour équilibrer la tension générée en conditions de charge déséquilibrée. Des commandes spéciales associées à cette structure ont été proposées pour améliorer la qualité de la tension aux bornes de la charge.Les résultats obtenus en simulations montrent qu'avec l'électronique de puissance et des stratégies de commande appropriées, il est possible d'avoir un degré plus élevé d'intégration des sources d'énergie renouvelable et d'améliorer la qualité de l'énergie générée par un SEH.

Optimization software is considered as CAD tool for device sizing, which is likely to boost designer's productivity in the industry. However, they show several limitations, which are coming from the optimization methods being involved, or that are linked with device modeling. Some of them can hopefully be overcome. Thus, the use in this kind of software of some existing optimization methods, suitable to handle magnetic components, allows the designer to consider at the same time several objectives or to handle supplier's databases. In the meantime, a modeling method, based on the use of parameters computed from functions extreme values, allows taking into account in the same way both the tolerances during sizing and the gauges, which define electronic filters for instance. An analytical computation method for leakage inductances in transformers is also developed to improve the modeling a priori of this type of device, which can be found under various shapes., Les logiciels d'optimisation constituent une aide au dimensionnement des dispositifs, susceptible d'améliorer la productivité des concepteurs dans l'industrie. Ces logiciels présentent néanmoins certaines limitations, découlant des méthodes d'optimisation utilisées ou liées à la modélisation du dispositif à dimensionner, desquelles il est possible de s'affranchir. Ainsi, l'adjonction à un tel logiciel de méthodes d'optimisation existantes, par ailleurs adaptées au contexte applicatif des composants magnétiques, permet au concepteur de considérer plusieurs objectifs simultanément ou d'intégrer les bases de données de fournisseurs. Une démarche de modélisation basée sur l'emploi de paramètres calculés à partir d'extrema de fonctions autorise quant à elle la prise en compte de manière unifiée des tolérances lors de l'optimisation ainsi que des gabarits, qui caractérisent les filtres électroniques par exemple. Un mode de calcul analytique des inductances de fuite des transformateurs est également proposé, afin d'améliorer la modélisation a priori de ce type de composant aux formats divers.