In this dissertation, we consider two specific types of problems over networks. In the first problem, we explore systematic methods to address some of the challenges in largescale maintenance planning in integrated chemical sites. In the second problem, we investigate different optimization model formulations for the design of flow distribution networks where the flow is potential-driven and nonlinearly related to the potential loss. Maintenance turnaround in the processing industry is a complex asset renewal project that includes huge capital expenditures and downtime losses. The option of deferring or rescheduling a turnaround project typically provides immediate financial relief from capital expenditure. However, the risk of running into site-wide disruptions in the form of unplanned events, yield, and reliability losses is not straightforward to assess. We propose mathematical optimization models to evaluate the risk of loss from turnaround deferrals in integrated sites and provide alternatives to reliably operate the site in a medium-term horizon. In the first chapter, we introduce the turnaround planning problem and the challenges it poses in integrated sites. We also introduce the background for the network design problem. In the second chapter, we study the financial impact of rescheduling turnarounds and the associated risk under unplanned outages. We compare the risk profiles presented by different production planning strategies. We propose a stochastic programming model for production planning that optimally builds up inventory ahead of time to hedge against production losses during unplanned outages. In the third chapter, we extend the stochastic optimization to handle a large set of scenarios and propose a Lagrangean decomposition method that improves a myopic production plan. The fourth chapter proposes a mixed-integer linear programming model that prescribes turnaround schedules when the underlying assets undergo yield loses and selectivity degradation. Here, we also study the impact of deferrals over a long-term horizon. The penultimate chapter addresses the nonlinear network design problem.The closing chapter summarizes the work and provides a few future directions. In the spirit of advancing manufacturing paradigms, the thesis supports investment in modeling efforts that address enterprise-wide planning problems.

Le secteur électrique est confronté aujourd'hui à de nouveaux défis imposés par la dérégulation du marché d'électricité, la volonté de réduire les émissions de gaz à effet de serre, le développement des nouvelles technologies. Nous assistons à un besoin croissant en terme d'analyse de sûreté de fonctionnement des réseaux de distribution, qui se manifeste par une migration des méthodes utilisées auparavant dans les réseaux de transport vers le niveau de la distribution. Dans une thèse précédente, une méthode de calcul basée sur une simulation Monte Carlo séquentielle a été développée. Une première partie de la présente thèse concerne l'étude des méthodes d'accélération de calculs. Les meilleurs résultats ont été obtenus pour une hybridation des méthodes des Variables Antithétiques et de Stratification. Nous avons abordé ensuite l'étude de faisabilité d'une méthode d'optimisation basée sur des critères de sûreté. L'application choisie a été l'optimisation des stratégies de maintenance préventive des équipements du réseau. Nous avons cherché, pour tous les équipements du système, le nombre optimal de maintenances préventives et la valeur du taux de défaillance maximal quand la maintenance est réalisée, en minimisant le coût total (coût de la maintenance préventive, maintenance corrective et coût d'interruption des clients). Au final, un ensemble de réflexions liées au développement futur d'un outil d'analyse de sûreté a été présenté. Une structure modulaire de l'outil est proposée pour faciliter son utilisation, ainsi que des possibilités de parallélisation des calculs pour une meilleure efficacité.

Les besoins essentiels de produire " plus ", " mieux " et " moins cher " s'inscrivent aujourd'hui dans une crise financière qui conduit les entreprises industrielles à faire face à des enjeux économiques liés aux impératifs de gains de productivité, mais aussi à des enjeux sociaux liés aux impératifs de sécurité des hommes et des matériels, aux exigences de protection de l'environnement et de réduction des nuisances. Ces enjeux se déclinent au niveau des équipements par le concept de maintien en condition opérationnelle (MCO). La maintenance en est l'élément principal, et l'un des principaux leviers d'action sur la performance globale des systèmes de production lorsqu'elle est couplée à un processus de pronostic. On parle alors de stratégies de maintenance prévisionnelles.<br />Ces nouvelles formes de maintenance posent de nombreux défis scientifiques et industriels, dont certains sont étudiés dans les présents travaux : Quel est le " meilleur " instant pour réaliser une intervention de maintenance préventive donnée ? Comment regrouper deux actions de maintenance préventive ? Qu'est-ce qu'une opportunité pour la maintenance ?<br />Les réponses à ces questions mobilisent des outils mathématiques variés, allant de l'algorithme de Bruss en analyse stochastique aux relations d'équivalence en algèbre.<br />Enfin, une application industrielle sur la plateforme TELMA est présentée.

Le travail présenté porte sur l'étude et l'analyse des modes de défaillance des condensateurs électrolytiques à l'aluminium ainsi que sur les thyristors. Les composants étudiés sont des éléments principaux du système de protection des aimants supraconducteurs du LHC dont la fiabilité revêt est un aspect primordial. L'étude du vieillissement des condensateurs électrolytiques à l'aluminium à montré que leur fiabilité est fortement liée à leur caractéristique technologique. L'évolution de leur principal indicateur de vieillissement (ESR) peut être modélisée selon différente loi plus ou moins pessimiste choisis selon le mode d'utilisation de ceux-ci. Il apparaît que la prédiction de défaillance de ces composants autre que celle due à l'usure ne peut être que statistique compte tenu des nombreuses causes de défaillance entraînant divers modes de défaillance. Afin de pouvoir évaluer l'influence du vieillissement des condensateurs électrolytique à l'aluminium sur un système, des modèles simples prenant en compte ce paramètre ainsi que la température effective du composant sont proposés. Une précision acceptable compte tenu de la simplicité des modèles est obtenue. L'étude des thyristors à montré que ces composants ont peu de dérive de paramètres en vieillissement statique, par contre de nombreuses défaillances par court-circuit ont été observées. Ces défaillances ont toujours une origine locale due à des défauts du composant. La tenue en tension dépend fortement de la qualité du thyristor ainsi que de la technologie employée.