Le mixe énergétique du futur réseau électrique doit intégrer une grande quantité de source renouvelable intermittentes (RES). L’intermittence naturelle de ces sources sera,dans un premier moment, négligeable vis-à-vis de la stabilité du réseau électrique. Par contre,pour une large pénétration de RES, cette intermittence doit être intégrée à l'étude de la stabilité du réseau électrique. Pour une grande pénétration de RES à l'échelle européenne, un grand système de stockage d'énergie doit être mis en place. C'est déjà le cas aujourd'hui où les stations de transfert d'énergie par pompage(STEP) sont déjà utilisées. En effet, les STEP sont le moyen de stockage plus fiable et mature pour le stockage en haut puissance. Cependant,elles sont utilisées à ce jour, plutôt dans un cycle journalier et hebdomadaire d'équilibrage. La plupart des usines fonctionne de façon binaire(soit on, soit off) et ne participe pas à l'équilibrage du réseau électrique.Les nouvelles technologies envisagent de nouvelles utilisations pour les STEP. Les STEP à vitesse variable (Variable Speed PSP - de l'anglais Variable Speed Pumped Storage Plant)sont prévues de d'être utilisées en temps réel pour l'équilibrage du réseau électrique. L'objective de ce projet de ce projet est d'étudier les contributions de la STEP à vitesse variable à l'équilibrage du réseau électrique. Du point de vue du réseau, la STEP à vitesse variable est composée de deux systèmes en cascade séparés par les échelles de temps différentes. Le système peut réagir en 100ms avec la puissance nominale de la machine mais pour un temps limité (entre 5- 10s); le deuxième étage est le système hydraulique qui réagit moins vite (après 15s)mais qui peut tenir sa puissance pendant un longtemps (plusieurs heures). Ces différentes échelles de temps sont très importantes pour l'équilibrage du réseau électrique. Elles permettent que la STEP à vitesse variable soit utilisée pour différents problèmes d'équilibrage, mais comment l'utilisée reste encore un problème ouvert. Parmi d'autres,ce projet a comme objective répondre aux questions suivantes:Serait-il possible d'utiliser la STEP à vitesse variable pour l'équilibrage du réseau électrique à courant alternatif (AC) et/ou continu (DC)? Comment combiner, de façon intelligente, les réseaux continus à haute tension (HVDC - de l'anglais High Voltage Direct Current) et STEP à vitesse variable?Combinaison optimale de réaction rapide et lente pour équilibrer un réseau hybride AC et DC? La STEP à vitesse variable est-il un bon outil dynamique de stockage pour augmenter la capacité du réseau HVDC? Comment intégrer le contrôle d'une ligne HVDC et ce d'une STEP à vitesse variable?La STEP à vitesse variable peut atténuer les oscillations du réseau? / The future energy mix used toproduce electricity will include large shares ofrenewable energy sources (renewables). Theintrinsic time varying nature of these sourceswill be in the first a hinder to power systems'stability, but as their share will increase theypower of the machine but only for a limited time(typically 5 – 10 seconds); the second stage isthe hydraulic system that reacts slower (afterapprox. 15 seconds) but has a lot of energystored.These different time scales can be of uppermostUniversité Paris-SaclayEspace Technologique / Immeuble DiscoveryRoute de l’Orme aux Merisiers RD 128 / 91190 Saint-Aubin, Francemust be explicitly taken into account in thefuture when stabilizing the network. Forconstant use of renewables, in a Europe-widemanner, large storage will be capital. This isalready partially the case today, where pumpedwater storage is largely used. In fact waterstorage still is the most reliable and efficientstorage system for large amounts of power. Buttoday this is still mainly dedicated to findnight/day or weekly equilibrium of productionand consumption. These store plants are ratherplanned for an on/off utilization and do notparticipate on ancillary services (dynamicparticipation on the short term equilibrium of aninterconnection of systems or regions).New technologies allow envisaging new usesfor large storage systems. Variable SpeedPumped Storage Plants (Variable Speed PSP)are now expected to be used in real time toprovide ancillary services, effectivelyparticipating in the stabilization of powersystems. The objectives of this work are to studysome of these possibilities. It will look atdifferent aspects of stabilization: Variable SpeedPSP can be seen from the outside like a twostage systems in cascade that reacts with timeconstants that are one order of magnitude apart.The system can react within 100ms with ratedimportance when considering system's stability.They allow Variable Speed PSP to be used as thecontrol input for different stabilizationproblems, but how to do it is still an openproblem. Today these stations are only used asstandard storage, allowing the match ofproduction and consumption within a region ornetwork. The objective now is to study their useto further applications, and in particular, to studythe possibility of using them as one of the keycomponents of the future Multi-terminal HVDCnetworks. Several questions are open, this workaims to answer part of them:Is it possible to use Variable Speed PSP forancillary services (transient stability forexample) in AC and/or HVCD networks?How to combine in an intelligent way HVDCand Variable Speed PSP?Optimum combination of fast and slow reactionin order to stabilize a power grid that combinesDC and AC?Is Variable Speed PSP a good way to increasethe capability of HVDC by adding a verydynamic storage element?How to merge the control of the HVDC line andthe Variable Speed?Can this setup help to damp oscillations in thegrid?

Ce mémoire présente l'étude et la réalisation d'un lien optique performant assurant le transfert de la stabilité des références de fréquence disponibles sur le site de Besançon.<br />Dans ce cadre, nous avons développé et testé trois dispositifs d'asservissement qui permettent de corriger les fluctuations de phase des signaux qui transitent dans la fibre optique. Ces trois systèmes sont ensuite comparés en termes de performances, de stabilité et de leurs limitations respectives.<br />Une des applications concrètes de ce système, consiste à réaliser une horloge composite tirant profit des meilleures stabilités accessibles, utilisant un oscillateur à quartz synchronisé simultanément sur une horloge à césium et un maser à hydrogène. La méthode proposée est originale et est basée sur une boucle à verrouillage de fréquence (FLL).<br />Enfin, nous avons proposé une réalisation physique d'une échelle de temps en intégrant les données de BIPM dans notre algorithme.

Les parties tournantes des turbomachines aéronautiques sont composées d'une succession de roues aubagées qui permettent le transfert de l'énergie entre l'air et le rotor. Ces roues aubagées constituent des pièces particulièrement sensibles car elles doivent répondre en termes de dimensionnement à des impératifs de performances aérodynamiques, d'aéroacoustique et de tenue mécanique à la rotation,à la température et à la charge aérodynamique. Le contact avec frottement existant au niveau des attaches aube-disque joue un rôle important sur les niveaux vibratoires.Ce travail porte sur l'étude de l'usure par fretting sous chargements dynamiques dans les interfaces frottantes. En effet, les vibrations de l'aube peuvent produire des micro-glissements en pied d'aubequi peuvent entraîner un phénomène d'usure par fretting. Les connaissances sur le comportement de l'usure sous sollicitations dynamiques sont faibles. Seuls existent des outils numériques pour modéliser l'usure dans le cas de sollicitations quasi-statiques. Nous proposons dans cette thèse des méthodes pour calculer l'évolution de l'usure au cours des cycles de chargement dynamique basées sur une approche multi-échelle en temps. La réponse vibratoire de la structure est liée à une échelle de temps rapide qui est calculée par une méthode d'équilibrage harmonique, dans laquelle les déplacements et les efforts sont projetés sur la base de Fourier. Différentes approches temps-fréquence de calcul des coefficients de Fourier des forces de contact sont présentées. La cinétique d'usure est liée à une échelle lente et différentes méthodes sont proposées pour l'intégrer. La prise en compte des géométries usées dans le modèle éléments finis se fait par l'ajout d'un vecteur des profondeurs d'usure dans le terme de pénalité des lagrangiens dynamiques. Des exemples académiques valident et illustrent les méthodes proposées. Ces méthodes sont ensuite appliquées à l'étude de l'usure par fretting en pied d'aube de soufflante. L'étude numérique met en lumière le couplage entre vibration et usure par fretting aux interfaces de contact. La modification du comportement dynamique global de la roue aubagée est aussi observée.

Cette thèse est une contribution au problème du pronostic des systèmes complexes. Plus précisément, elle concerne l'approche basée modèles et est composée de trois contributions principales. Tout d'abord, dans une première contribution une définition du concept de pronostic est proposée et est positionnée par rapport aux concepts de diagnostic et de diagnostic prédictif. Pour cela, une notion de contrainte temporelle a été introduite afin de donner toute pertinence à la prédiction réalisée. Il a également été montré comment le pronostic est lié à la notion d'accessibilité en temps fini. La deuxième contribution est dédiée à l'utilisation des observateurs à convergence en temps fini pour la problématique du pronostic. Une méthodologie de pronostic est présentée pour les systèmes non linéaires à échelle de temps multiple. Puis, une troisième contribution est introduite par l'utilisation des observateurs par intervalle pour le pronostic. Une méthodologie de pronostic est proposée pour les systèmes non linéaires incertains à échelle de temps multiple. Pour illustrer les différents résultats théoriques, des simulations ont été conduites sur un modèle de comportement d'un oscillateur électromécanique.

Les parties tournantes des turbomachines aéronautiques sont composées d’une succession de roues aubagées qui permettent le transfert de l’énergie entre l’air et le rotor. Ces roues aubagées constituent des pièces particulièrement sensibles car elles doivent répondre en termes de dimensionnement à des impératifs de performances aérodynamiques, d’aéroacoustique et de tenue mécanique à la rotation,à la température et à la charge aérodynamique. Le contact avec frottement existant au niveau des attaches aube-disque joue un rôle important sur les niveaux vibratoires.Ce travail porte sur l’étude de l’usure par fretting sous chargements dynamiques dans les interfaces frottantes. En effet, les vibrations de l’aube peuvent produire des micro-glissements en pied d’aubequi peuvent entraîner un phénomène d’usure par fretting. Les connaissances sur le comportement de l’usure sous sollicitations dynamiques sont faibles. Seuls existent des outils numériques pour modéliser l’usure dans le cas de sollicitations quasi-statiques. Nous proposons dans cette thèse des méthodes pour calculer l’évolution de l’usure au cours des cycles de chargement dynamique basées sur une approche multi-échelle en temps. La réponse vibratoire de la structure est liée à une échelle de temps rapide qui est calculée par une méthode d’équilibrage harmonique, dans laquelle les déplacements et les efforts sont projetés sur la base de Fourier. Différentes approches temps-fréquence de calcul des coefficients de Fourier des forces de contact sont présentées. La cinétique d’usure est liée à une échelle lente et différentes méthodes sont proposées pour l’intégrer. La prise en compte des géométries usées dans le modèle éléments finis se fait par l’ajout d’un vecteur des profondeurs d’usure dans le terme de pénalité des lagrangiens dynamiques. Des exemples académiques valident et illustrent les méthodes proposées. Ces méthodes sont ensuite appliquées à l’étude de l’usure par fretting en pied d’aube de soufflante. L’étude numérique met en lumière le couplage entre vibration et usure par fretting aux interfaces de contact. La modification du comportement dynamique global de la roue aubagée est aussi observée. / The rotating parts of aeronautical turbomachineries are made of bladed disks which enable the transfer of energy from the air to the rotor. These bladed disks are especially critical parts because their dimensioning has to meet strict requirements in terms of aerodynamical performance, aeroacoustics and mechanical resistance to rotation, temperature and aerodynamical loads. The frictional contact at the interface between blade and disk has an important influence on the vibratory levels.This work deals with the study of fretting-wear in frictional interfaces under dynamical loading. Indeed,the blade’s vibrations can produce micro-slidings in blade’s root which may entail fretting-wear. Wear under dynamical loading is a badly known phenomenon. Numerical tools exist for quasic-static conditions only. Here,methods are proposed to quantify the evolution of wear along dynamical loadingcycles based on a time-multiscale approach. The vibratory response of the structure is linked with a fasttime scale which is calculated by a harmonic balance method : displacements and forces are expressed through Fourier series. Different frequency-time approaches are presented to compute the Fourier coefficients of contact forces. Wear kinetics is linked with a slow time scale and different methods are proposed to integrate it.Worn geometries are taken into account in the finite elements model by a wear depth vector included in the penalty term of dynamic lagrangians. Academic examples validate and illustrate the proposed methods. These methods are then used to study fretting-wear in a fan’s bladeroot. The numerical results highlight the coupling between vibration and fretting-wear in frictional interfaces.The modification of the global dynamical behaviour of the bladed disk is also observed.

Cette thèse est une contribution au problème du pronostic des systèmes complexes. Plus précisément, elle concerne l'approche basée modèles et est composée de trois contributions principales. Tout d'abord, dans une première contribution une définition du concept de pronostic est proposée et est positionnée par rapport aux concepts de diagnostic et de diagnostic prédictif. Pour cela, une notion de contrainte temporelle a été introduite afin de donner toute pertinence à la prédiction réalisée. Il a également été montré comment le pronostic est lié à la notion d'accessibilité en temps fini.La deuxième contribution est dédiée à l'utilisation des observateurs à convergence en temps fini pour la problématique du pronostic. Une méthodologie de pronostic est présentée pour les systèmes non linéaires à échelle de temps multiple. Puis, une troisième contribution est introduite par l'utilisation des observateurs par intervalle pour le pronostic. Une méthodologie de pronostic est proposée pour les systèmes non linéaires incertains à échelle de temps multiple. Pour illustrer les différents résultats théoriques, des simulations ont été conduites sur un modèle de comportement d'un oscillateur électromécanique. / This thesis is a contribution to the problem of a complex system prognosis. More precisely, it concerns the model-based prognosis approach and the thesis is divided into three main contributions. First of all, a definition of prognosis concept is proposed as a first contribution and is positionned in reference to the diagnosis and predictive diagnosis concepts. For that, a notion of temporal constraint is introduced to give all pertinence to the prediction achieved. It is also shown how prognosis is linked to the finite time reachability notion. The second contribution is dedicated to the use of finite time convergence observer for the prognosis problem. A prognosis methodology is presented for nonlinear multiple time scale systems. Then, a last contribution is introduced through the use of interval observer for the prognosis problem. A pronognosis methodology is proposed for nonlinear uncertain multiple time scale systems. To illustrate the theorical results, simulations are achieved based on a model of an electromechanical oscillator system.

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