Face to the growing awareness of environmental concerns issued from human activities, eco-design aims at offering a satisfying answer in the products and services development field. However when the considered products become complex industrial systems, there is a lack of adapted methodologies and tools. These systems are among others characterised by a large number of components and subsystems, an extremely long and uncertain life cycle, or complex interactions with their geographical and industrial environment. This change of scale actually brings different constraints, as well in the evaluation of environmental impacts generated all along the system life cycle (data management and quality, detail level according to available resources...) as in the identification of adapted answers (management of multidisciplinary aspects and available resources, players training, inclusion in an upstream R&D context...). So this dissertation aims at developing a methodology to implement ecodesign of complex industrial systems. A general methodology is first proposed, based on a DMAIC process (Define, Measure, Analyse, Improve, Control). This methodology allows defining in a structured way the framework (objectives, resources, perimeter, phasing...) and rigorously supporting the ecodesign approach applied on the system. A first step of environmental evaluation based on Life-Cycle Assessment (LCA) is thus performed at a high systemic level. Given the complexity of the system life cycle as well as the exploitation variability that may exist from one site to another, a scenario-based approach is proposed to quickly consider the space of possible environmental impacts. Scenarios of exploitation are defined thanks to the SRI (Stanford Research Institute) matrix and they include numerous elements that are rarely considered in LCA, like preventive and corrective maintenance, subsystems upgrading or lifetime modulation according to the economic context. At the conclusion of this LCA the main impacting elements of the system life cycle are known and they permit to initiate the second step of the eco-design approach centred on environmental improvement. A multidisciplinary working group perform a creativity session centred on the eco-design strategy wheel (or Brezet wheel), a resource-efficient eco-innovation tool that requires only a basic environmental knowledge. Ideas generated during creativity are then analysed through three successive filters allowing: (1) to pre-select and to refine the best projects; (2) to build a R&D projects portfolio thanks to a multi-criteria approach assessing not only their environmental performance, but also their technical, economic and customers' value creation performance; (3) to control the portfolio balance according to the company strategy and the projects diversity (short/middle/long term aspect, systemic level...). All this work was applied and validated at Alstom Grid on electrical conversion substations used in the primary aluminium industry. The methodology deployment has allowed initiating a robust eco-design approach recognized by the company and finally generating a portfolio composed of 9 eco-innovative R&D projects that will be started in the coming months.

Le domaine de la traction électrique a suscité un très grand intérêt dans les dernières années. La conception optimale de l'ensemble moteur électrique de traction - onduleur doit prendre en compte une variété de critères et contraintes. Étant donnée la liaison entre la géométrie du moteur et la stratégie de commande de l'onduleur, l'optimisation de l'ensemble de traction doit prendre en considération, en même temps, les deux composants.L'objectif de la thèse est la conception d'un outil d'optimisation appliqué à un système de traction électrique légère qu'emploie un moteur à réluctance variable alimenté (MRVCE) par un onduleur triphasé en pont complet. Le MRVCE est modélisé en utilisant la technique par réseau de perméances. En même temps, la technique de commande électronique peut être facilement intégrée dans le modèle pour effectuer l'analyse dynamique du fonctionnement du moteur. L'outil d'optimisation réalisé utilise l'algorithme par essaim de particules, modifié pour résoudre des problèmes multi-objectif. Les objectifs sont liés à la qualité des caractéristiques de fonctionnement du moteur, en temps que les variables d'optimisation concernent la géométrie du moteur aussi que la technique de commande. Les performances de l'algorithme sont comparées avec ceux de l'algorithme génétique (NSGA-II) et d'une implémentation classique de l'algorithme par essaim de particules multi-objectif.Finalement, un prototype de moteur à réluctance variable est construit et le fonctionnement du MRVCE alimenté depuis l'onduleur triphasé en pont complet est implémenté et les outils de modélisation et d'optimisation sont validés

En 2004 et 2007, neuf structures d'échappements de fluides (SEF), constituées de volcans de boue (VdB), d'évents de gaz (GS, gas seeps en anglais) et/ou de sources, ont été échantillonnées dans la partie émergée du Bassin de la Côte Est (BCE) de l'île nord de la Nouvelle-Zélande.L'étude granulométrique indique que la boue émise par les VdB, les roches encaissantes et les niveaux de décollement voisins sont composés d'argiles et de silts en majorité. L'étude de la fraction argileuse et de la roche totale par diffraction des rayons X (DRX) a révélé de nombreuses similitudes. Les volcans de boue, les roches encaissantes et les niveaux de décollement présentent ainsi le même assemblage minéralogique, à savoir smectite, illite, chlorite, kaolinite, quartz et feldspaths. Les proportions sont variables d'un échantillon à un autre mais le couple smectite-illite est toujours majoritaire.L'étude géochimique de la fraction solide indique que les échantillons sont riches en Si02, pauvres en Fe2O3, MgO, MnO et en alcalins, à quelques exceptions près. La composition en éléments majeurs s'organise entre un pôle argileux alcalin et un pôle carbonaté. Les spectres de terres rares sont similaires et caractéristiques des argiles ; Ils présentent également un faible degré de fractionnement, lié à la formation des carbonates. Ce sont donc les mêmes minéraux qui contrôlent la chimie des échantillons.L'étude géochimique de la phase liquide montre que l'eau impliquée dans les volcans de boue est d'origine marine essentiellement, et des réactions eau/roche similaires, notamment l'altération de smectite en illite. Cette étude a permis aussi d'obtenir une estimation de la température d'équilibre, comprise entre 60 et 110°C, impliquant une profondeur d'origine de 2 à 3 km, voire plus.L'étude géophysique indique qu'à l'aplomb des VdB et des deux sources chaudes étudiés, la croûte continentale a sensiblement la même épaisseur et que la profondeur de la croûte océanique en subduction avoisine les 20 km. A cette profondeur, la fusion de la péridotite n'est pas possible et la fusion résultante de la croûte continentale, responsable du volcanisme d'arc, non plus. Le gradient géothermique mesuré à TePuia est donc influencé par un autre phénomène, mais la modélisation de la lithosphère ne nous a pas permis de trouver lequel.Ces différentes études mettent en évidence des caractéristiques géochimiques, pétrographiques et minéralogiques communes aux volcans de boue de Nouvelle-Zélande. Les fluides impliqués dans ces structures proviendraient donc d'un même niveau source, recouvert du même assemblage sédimentaire. L'étude géophysique ne nous apporte aucune information à ce sujet mais permet cependant d'établir avec certitude que le régime thermique est le même du Nord de Hawke's Bay au Sud du BCE ; la région de TePuia est un cas particulier, peut-être influencée par le complexe volcanique de Matakaoa.

Les transferts de chaleur et de masse sont deux phénomènes physiques à la base de nombreux systèmes thermiques employés dans des secteurs variés tels que l'industrie, le bâtiment ou encore les énergies renouvelables. Les présents travaux de recherche envisagent différentes méthodologies d'optimisation de configurations assurant le transfert de flux de chaleur, couplé ou non à un écoulement fluide, au sens topologique du terme. Les équations aux dérivées partielles décrivant les phénomènes physiques sont discrétisées avec la méthode des volumes finis. La première partie du manuscrit examine successivement trois classes différentes de méthodes: la théorie constructale, les automates cellulaires et les méthodes par pénalisation. Le même cas académique, portant sur le refroidissement d'un volume fini générant de la chaleur, est résolu au moyen de ces trois méthodes, ce qui permet ainsi de comparer les performances de chaque algorithme. Cette comparaison démontre l'ascendant des méthodes par pénalisation sur les deux premiers types, tant structurellement que quantitativement, et permet également d'établir des solutions basées sur des compromis dans le cadre d'optimisations multi-objectifs. Par conséquent, la seconde partie envisage l'application de cette approche à des configurations réalisant des transferts de chaleur conducto-convectifs en régime laminaire. L'utilisation de paramètres de pénalisation en conjonction avec les volumes finis requiert une régularisation de la dissipation visqueuse le long de l'interface fluide/solide. Une approche bi-objectif est développée visant à minimiser la puissance dissipée par le fluide, tout en maximisant l'énergie thermique récupérée sur le système. Les solutions obtenues adoptent des configurations non-triviales qui sont divisibles en quatre classes topologiques différentes. La thèse ouvre ainsi un nouveau champ d'investigation pour l'optimisation d'écoulements couplés à la problématique du transport de chaleur.

L'objectif de cette thèse s'inscrit dans la cadre général du développement d'une stratégie de contrôle intelligent distribué en robotique collective. En effet, dans un avenir proche, de nombreux robots vont progressivement intégrer notre environnent aussi bien dans les milieux industriel que domestique. L'objectif de ces robots sera de fournir, de manière autonome, des services aux êtres humains afin de leurs faciliter la vie quotidienne comme par exemple dans le cas de robots compagnons. Ces services pourront être le résultat du travail d'un robot ou bien la conséquence de la coopération de plusieurs robots homogènes et/ou hétérogènes regroupés au sein d'un réseau. Dans ce contexte, si les progrès technologiques permettent sans problème de communiquer et d'échanger des données entre deux agents artificiels distants, la conception de stratégies de contrôle permettant l'auto-organisation de plusieurs robots dans le but de réaliser une tâche précise est encore aujourd'hui un verrou scientifique important. Cette thèse a donc pour but de proposer des pistes pour élaborer des stratégies de contrôle intelligent pour des systèmes multi-robots dans le cadre plus particulier de la logistique industrielle. En effet, le domaine de logistique industrielle nécessite l'utilisation de nombreux robots mobiles comme par exemple des AGV (Automatic Guided Vehicles) pour transporter et stoker des marchandises. Dans ce contexte, nous pensons que le domaine de la logistique peut tirer bénéfice de l'utilisation de systèmes multi-robots. Dans un premier temps, cette thèse aborde donc la problématique de transport d'objet volumineux et encombrant par une formation de robot. Effectivement, il semble que la solution qui consiste à utiliser un ensemble de robots identiques pour transporter des charges de grandes envergures soit, d'une part, très intéressante d'un point de vue économique et, d'autre part, plus robuste et flexible d'un point vue technologique. Dans un deuxième temps, cette thèse aborde l'utilisation d'un réseau de robots hétérogènes qui sont capables de s'organiser afin de réaliser une tâche précise dans un milieu dynamique. Les travaux effectués dans le cadre de la présente thèse doctorale ont donc abouti à la proposition des stratégies viables de contrôle intelligent pour des systèmes multi-robots. Une étude d'application des concepts étudiés a été réalisée, implantée et validée dans le cadre plus particulier de la logistique industrielle. Elle a concerné d'abord le contexte d'un groupe multi-robots homogène, puis a été étendue au contexte d'un système multi-robots hétérogènes. Les points forts des travaux réalisés peuvent être résumés comme ceci :- Proposition, conception, réalisation et validation expérimentale d'une stratégie de contrôle adaptatif par l'apprentissage artificiel pour un robot non-holonomique. Quatre publications internationales ont valorisé cette partie des travaux.- Proposition, conception, réalisation et validation expérimentale d'une stratégie de contrôle hybridant la vision artificielle et l'apprentissage artificiel pour un groupe de robots homogènes. Deux publications internationales ont valorisé cette partie des travaux.- Proposition, conception, réalisation et validation expérimentale d'une stratégie de contrôle hybridant la vision artificielle et l'apprentissage artificiel pour un groupe de robots hétérogènes. Deux publications internationales ont valorisé cette partie des travaux. Il est pertinent de souligner que les travaux relatifs aux aspects précités ont été couronnés par le prix : ″Innovation Award 2011″ de Industrial Robot

Le travail présenté dans cette thèse porte sur l'adaptation bactérienne aux molécules chlorées, tant au niveau des ressources génétiques nécessaires à la mise en place des gênes de dégradation qu'au niveau de la structure de la communauté microbienne observée durant la dégradation de ces composés. La première partie de ce document est une bibliographie qui se focalise sur les mécanismes développés par les bactéries pour répondre aux stress environnementaux, et sur les possibles origines des gènes responsables des premières étapes de dégradation des composés chlorés : les dehalogenases (qui réalisent les étapes de dechloration). Le deuxième chapitre de cette thèse porte sur des essais expérimentaux de remodelage génétique, dans le but de valider les hypothèses présentées lors de la bibliographie quant aux mécanismes qui ont pu conduire à la génération de nouveaux gênes de dégradation. Ces remodelages in vitro et in vivo ont été effectués en utilisant les gènes linB et dhaA. Le chapitre suivant examine la structure de la communauté bactérienne lors de la dégradation réductive du tetrachloroéthylène (PCE). Pour cette étude, des outils de biologie moléculaire, plus spécifiquement des puces phylogénétiques, ont été utilisés pour étudier la structure de la communauté microbienne depuis l'introduction du polluant jusqu'à sa dégradation. Afin d'élucider les fonctions métaboliques qui peuvent être corrélées avec la dégradation du PCE, les résultats des puces phylogénétiques ont été comparés avec un suivi chimique des métabolites de dégradation de ce composé, lors d'une étude en microcosmes. L'objectif du dernier chapitre de la thèse a été de relier la structure de la communauté microbienne avec la cinétique de dégradation des composés chimiques étudiés. Pour cela, une étude globale comportant à la fois un suivi chimique des métabolites de dégradation, une quantification des gènes de dégradation impliqués dans la déchloration réductive du PCE ainsi que l'étude de la structure de la communauté microbienne ont été mis en place. Cette étude a permis de corréler les conditions environnementales nécessaires à la déchloration et la communauté microbienne associée avec l'expression des déhalogénases quantifiées. En résumé, cette thèse explore à la fois les mécanismes mis en place par les bactéries pour dégrader ces composés polluants et la structure de la communauté bactérienne durant la dégradation de ce polluant. Comprendre ces deux étapes dans l'adaptation bactérienne peut contribuer à améliorer l'utilisation des capacités bactériennes utilisées en bioremédiation.

Dans ce travail de thèse, on s'intéresse au problème de déplacement et de la localisation d'un robot mobile autonome dans son environnement local. La première partie du manuscrit les deux tâches de mouvement de base : c'est-à-dire, la stabilisation et le suivi de trajectoire. Deux stratégies de commande ont été traitées: le mode de glissement intégral, et la méthode dite "Immersion et Invariance". La deuxième partie porte sur l'asservissement visuel, les deux techniques 2D et 3D d'asservissement visuel ont été appliquées. Les moments d'image ont été choisis comme indices visuels car ils sont moins sensibles au bruit d'image et autres erreurs de mesure. Une nouvelle approche de l'asservissement visuel qui repose sur l'image est ici proposée. Elle est basée sur la génération de trajectoires sur le plan de l'image directement (calcul des valeurs des primitives d'image correspondantes à une trajectoire cartésienne donnée). Cette approche garantit que la robustesse et la stabilité bien connues de l'asservissement 2D ont été étendues en raison du fait que les emplacements initial et désiré de la caméra sont proches. Les trajectoires obtenues garantissent aussi que la cible reste dans le champ de vue de la caméra et que le mouvement du robot correspondant est physiquement réalisable. Des tests expérimentaux ont été effectués et des résultats satisfaisants ont été obtenus à partir des implémentations des stratégies de commande et d'asservissement visuel. Bien qu'ils soient développés et expérimentés dans le cadre spécifique d'un robot de type unicycle, ces travaux sont assez génériques pour être appliqués sur autres types de véhicules.

A l'image des grands groupes, les PME souhaitent, elles aussi, profiter des méthodes modernes de management pour améliorer leurs processus, leurs performances et leur compétitivité. L'intérêt du secteur des PME se porte sur les éléments du concept Lean Six Sigma qui leur semblent appropriés pour réaliser ces objectifs. Après avoir constaté une lacune dans les recherches sur ce sujet et une lacune méthodologique concernant l'implémentation du LSS dans les PME, nous proposons une méthodologie de conception, d'application et de contrôle du LSS pour ces PME, que nous avons appelée LSS Plutus. Elle est dédiée aux PME de la production et elle prend en compte leur spécificité. Dans ce but, nous avons restreint la boîte à outils traditionnelle du LSS utilisée dans les grands groupes. Nous avons également créé deux variantes pour mettre en œuvre notre méthodologie qui correspondent aux besoins, capacités et maturités différents des PME. Nous avons élaboré des indicateurs, des outils, ainsi qu'un guide d'application de la méthode LSS pour les PME de la production et sa version informatique en TIBCO. Nous avons décidé de renforcer l'efficience des améliorations, en déployant les actions de planification, de standardisation et de pérennisation des changements. Dans ce but, nous proposons de modifier les critères du Modèle d'Excellence E.F.Q.M. pour qu'elles puissent prendre en compte les conditions de fonctionnement de la méthode LSS dans les PME. La méthodologie proposée a été vérifiée dans deux PME de la production en Pologne et en France, ce qui a confirmé son utilité et son efficacité en termes d'amélioration des performances et de développement des organisations

Face à la complexité croissante des systèmes industriels, il est aujourd'hui primordial de démontrer que l'ensemble des risques est maitrisé. En ce sens, différentes approches ont été développées ces dernières années afin de proposer une vision globale des risques techniques, humains, organisationnels et environnementaux. Parmi elles, celle développée depuis plusieurs années par EDF et intitulée AidR (Analyse intégrée Des Risques) apparait comme une solution intéressante en proposant un modèle unifié à la fois multidisciplinaire, générique et outillé. Cependant, ces approches disposent aujourd'hui d'un potentiel d'amélioration en termes de modélisation et de traitement des connaissances (issues principalement du retour d'expérience statistique et des avis d'expert). En effet, ces connaissances sont bien souvent entachées d'incertain qui influe sur l'ensemble du processus d'appréciation des risques et donc sur la pertinence des résultats issus de ces études. Si l'incertain dû au caractère aléatoire des phénomènes physiques est généralement bien appréhendé grâce à la théorie des probabilités, l'incertain dû à l'imperfection des connaissances l'est beaucoup moins. L'un des enjeux majeurs actuels est donc de disposer d'une approche adaptée à la modélisation et au traitement conjoints des différents incertains afin de fournir des résultats les plus pertinents possibles aux décideurs. Pour satisfaire à cet objectif, la théorie de l'évidence constitue une alternative intéressante pour modéliser et traiter de façon à la fois plus cohérente et plus flexible des connaissances et leur incertain. En s'appuyant sur cette théorie, nos travaux proposent trois contributions majeures pour la modélisation et le traitement de l'incertain. La première concerne la formalisation de l'élicitation des risques par avis d'experts en proposant différents outils pour une collecte flexible et plus complète de ces derniers (identification des risques). La seconde contribution aboutit à un modèle de risques évidentiel permettant de représenter de façon cohérente les différentes expressions des connaissances et d'apprécier les différents risques (analyse des risques). Enfin, la dernière contribution porte sur la proposition de supports à la prise de décision en univers incertain (évaluation des risques). Ces supports concernent à la fois la représentation des résultats et des éléments pour l'identification des contributeurs à l'incertain et à sa réduction. L'application de ces contributions sur un cas réel de l'industriel EDF permet ensuite de mettre en évidence leur faisabilité ainsi que leurs apports au regard d'approches plus conventionnelles. Elle nous permet également de dégager de nouvelles perspectives de recherche pour le développement de cette méthodologie.

L'objectif principal du travail de recherche présenté dans ce mémoire est l'amélioration de la sécurité et les performances du vol des mini drones soumis à des perturbations atmosphériques. Pour ce faire, un couplage entre un estimateur ensembliste à erreurs bornées et une stratégie de guidage pilotage est mise en œuvre. L'estimateur ensembliste a été utilisé pour restituer l'état du modèle dynamique du drone en présence de perturbations et de bruits de mesure supposés bornés. L'utilisation de ces techniques avait pour objet tout d'abord de détecter l'occurrence d'une perturbation atmosphérique par estimation de l'état du drone puis d'estimer l'amplitude et la direction du vent agissant sur le véhicule. Des expérimentations dans le générateur de rafale B20 à Lille ont été ainsi présentées afin de valider ces approches et d'évaluer leurs performances. La stratégie de guidage pilotage développée favorise le déplacement du véhicule dans une direction qui tient compte de l'évolution de la perturbation atmosphérique et du prochain point de passage désigné au véhicule. Cette loi de guidage est basée sue la loi de guidage par navigation proportionnelle et a été adaptée pour tenir compte des perturbations dans le déplacement du véhicule. Les résultats obtenus montrent qu'il est possible d'améliorer la sécurité du vol des mini-drones en présence de perturbations atmosphériques transversales, en modifiant en ligne la trajectoire.