L’objectif de ce projet est d’évaluer la performance du contrôle en temps réel (CTR) des bassins d’orage comme mesure d’adaptation aux changements climatiques. Le contrôle en temps réel permet de faire la gestion des eaux de ruissellement à l’aide de règles de contrôle réactif, qui considèrent l’état en différents points du réseau, et de règles de contrôle prédictif, qui considèrent les prévisions météorologiques dans la prise de décision. Le contrôle de l’orifice de sortie de l’ouvrage de stockage permet donc de limiter le choc hydraulique au cours d’eau récepteur, par la réduction et le décalage des débits de pointe, en plus de faire le traitement qualitatif par la rétention prolongée, qui permet la sédimentation des particules dans l’eau. Le CTR peut également permettre, selon la localisation adéquate de l’ouvrage contrôlé, de réduire la charge hydraulique dans les collecteurs en aval en retenant les volumes de ruissellement en temps de pluie, ce qui limite l’impact de l’augmentation des précipitations et du développement des municipalités en périphérie des centres-villes sur le réseau de conduites pluviales. Une stratégie de contrôle a été établie en fonction de la configuration des trois cas d’étude et des simulations en climat futur ont permis de démontrer que le CTR permet d’adapter un réseau de différentes façons. Le CTR d’un bassin d’orage en fin de réseau permet de décaler et limiter les débits de pointe en plus d’augmenter le temps de rétention de façon à réduire la charge en polluants dans les eaux pluviales. Pour un ouvrage de très grande dimension, le CTR réactif est suffisant pour faire la gestion de tous les événements fréquents sans causer de débordement de l’ouvrage de stockage. Pour une municipalité qui a peu d’espace en surface en fin de réseau, le CTR prédictif de conduites surdimensionnées réduit et décale les débits de pointe rejetés, ce qui permet l’ajout d’un ouvrage de traitement qualitatif. Toutefois, puisque l’espace est souvent limité dans les secteurs au centre-ville, en bordure des cours d’eau récepteur, la localisation stratégique des ouvrages contrôlés à l’amont est une solution alternative intéressante. Cette stratégie de contrôle permet non seulement de limiter le choc hydraulique au cours d’eau récepteur de la même manière qu’un CTR en fin de réseau, mais décale le ruissellement des développements en amont vers le collecteur principal, ce qui permet à une municipalité de pouvoir continuer à se développer en périphérie du centre-ville sans avoir à augmenter la capacité du réseau en aval. En résumé, le CTR permet à une municipalité d’adapter son réseau, peu importe sa configuration, de façon à faire face aux changements climatiques.

Cette thèse présente l'analyse, la synthèse, l'optimisation, le design et la validation expérimentale de mécanismes de sécurité dans le contexte de l'interaction physique humain-robot. Afin d'améliorer la sécurité, une condition essentielle à la coexistence d'humains et de robots, une approche basée sur la conception de manipulateurs intrinsèquement sécuritaires est préférée à des systèmes d'évitement et de détection de collision, pour des raisons de fiabilité. La force maximale de contact survenant lors d'une collision est utilisée comme critère de sécurité pour sa simplicité et sa validité dans le contexte de la robotique. Pour les robots sériels, il est proposé de placer un limiteur de couple en série avec chaque actionneur tandis que pour les robots suspendus, on opte pour la séparation de la base et de l'effecteur par un mécanisme parallèle dont certains pivots sont remplacés par des limiteurs de couple --- formant ainsi un \emph{limiteur de force cartésien}. L'utilisation de ces mécanismes permet de réduire l'inertie effective du manipulateur lorsqu'une collision survient sans nuire aux performances du robot en situation normale. Un modèle est d'abord créé afin de comparer par simulation les gains de sécurité obtenus par des limiteurs de couple et d'autres mécanismes de sécurité articulaires utilisés seuls ou en combinaison avec d'autres dispositifs. Des méthodes de commande optimale des seuils de limiteurs de couple ajustables placés en série avec chaque actionneur d'un robot sériel sont ensuite développées. Un indice de performance cinématique est proposé afin d'optimiser la pose et l'architecture d'un tel robot. L'approche et les méthodes développées sont validées expérimentalement à l'aide de prototypes de limiteurs de couple ajustables basés sur la friction placés en série avec les actionneurs d'un robot sériel à quatre degrés de liberté. Finalement, des architectures de limiteurs de force cartésiens sont proposées et optimisées et leur efficacité dans le contexte des robots suspendus est validée expérimentalement. / This thesis presents the analysis, synthesis, optimization, design and experimental validation of safety mechanisms in the context of physical human-robot interaction. In order to improve safety, which is essential to allow the coexistence of humans and robots, an approach based on the design of intrinsically safe manipulators is preferred to collision avoidance and detection systems for reliability reasons. The maximum contact force occuring during a collision is used as a safety criterion due to its simplicity and validity in the context of robotics. For serial robots, it is proposed to place a torque limiter in series with each actuator whereas for suspended robots, it is preferable to separate the base and the effector with a parallel mechanism in which some joints are replaced with torque limiters --- thereby forming a \emph{Cartesian force limiting device}. The use of such mechanisms allows the reduction of the effective manipulator inertia during a collision without affecting the performances under normal conditions. A model is first created in order to compare --- using simulations --- the safety gains obtained with torque limiters with the ones obtained with other articular safety mechanisms when they are implemented alone or in combination with other safety devices. Methods to optimally control the thresholds of adjustable torque limiters placed in series with each actuator of a serial robot are developed. A kinematic performance index is proposed in order to optimize the pose and architecture of such a robot. The approach and the developed methods are experimentally validated using prototypes of adjustable torque limiters based on friction which are placed in series with each actuator of a four-degree-of-freedom robot. Finally, architectures of Cartesian force limiting devices are proposed and optimized and their effectiveness in the context of suspended robots is experimentally validated.

Les systèmes de positionnement entraînés par une courroie crantée sont largement utilisés en industrie. Leurs principaux avantages sont leur capacité d'atteindre des vitesses et accélérations importantes, leur flexibilité, leurs faibles coûts et leur facilité d'intégration. Cependant, le caractère flexible de la courroie cause également une diminution de la précision du système. Pour remédier à ce problème, plusieurs contrôleurs ont été développés afin d'intégrer l'effet de la courroie et ainsi augmenter les performances du système. Toutefois, les contrôleurs proposés nécessitent l'ajout d'un capteur donnant directement la position du chariot, ce qui augmente le coût et la complexité du système. Ce mémoire a donc comme objectif d'étudier les systèmes entraînés par une courroie afin de mettre au point une méthode pour augmenter les performances des contrôleurs sans toutefois augmenter leur coût. La méthode proposée utilise une compensation de le jeu entre-dents entre la poulie et la courroie ainsi que deux cellules de charge permettant de mesurer la tension dans la courroie. La combinaison de ces ajouts permet d'estimer la position du chariot et de remplacer la mesure directe sur celui-ci. L'acquisition de la tension dans la courroie permet d'intégrer l'effet élastique de celle-ci en déterminant et en compensant son élongation. Quant à elle, la compensation du jeu entre-dents est basée sur une nouvelle représentation ainsi qu'un nouvelle identification de ce jeu qui inclut les autres non-linéarités agissant sur le système, telles que la vibration, la friction non-linéaire et d'autres non-linéarités associées à la tension dans la courroie. Différents tests on été effectués afin de démontrer la performance de cette méthode d'estimation. Celle-ci a ensuite été implantée dans les contrôleurs proposés par la littérature pour améliorer les performances des systèmes entraînés par une courroie crantée. / Belt-driven systems are widely used for positioning applications. The main advantage of these systems is their ability to reach high speeds and accelerations, their low cost, their ease of implementation and their flexibility. However, the flexibility of the belt aslo causes the main disadvantage which is the lack of precision. Different control techniques have been elaborated to alleviate this problem by including the belt elasticity information in the controller. However, these method requires additional material and more complex implementation. The main goal of this project is to analyse belt-driven systems in order to develop a method to improve the accuracy of such systems without ading costly material. The elaborated method uses two load cells and a new backlash compensation to replace the belt-driven carriage position feedback and thus improve the precision of the system without direct carriage measurement. The inclusion of the load cell allows a belt elongation compensation in the controller. The backlash compensation is based on a new representation and identification method developed specially for belt-driven applications, which includes other non-linearities acting on the system. Experiments are conducted to assess the effectiveness of the elaborated method and an implementation on actual controllers demonstrate its effectiveness.

Les innovations technologiques des dernières décennies en matière d'électronique tant au niveau du traitement numérique de l'information que de la gestion de l'énergie ont contribué à une révolution majeure dans la conversion d'énergie électromécanique: celle des entraînements à vitesse variable (EVV). L'amélioration des plateformes de calculs et des techniques de commande ont grandement amélioré la performance dynamique des moteurs électriques à courant alternatif notamment grâce à la commande vectorielle. Cependant, la littérature contient relativement peu d'études sur l'utilisation de la commande vectorielle comme un moyen d'améliorer la performance énergétique des EVV de machines asynchrones: c'est à l'étude et à l'avancement de ce domaine de connaissances que cette thèse est consacrée. L'état de l'art contient plusieurs avancées sur la modélisation des pertes dans la machine et la plupart des stratégies de commande énergétiquement optimales (SCEO) reposent sur l'ajustement optimal du flux dans la machine basé sur un modèle des pertes. La proposition d'avancement de cette thèse ne repose pas sur l'amélioration de la qualité d'un modèle de pertes de la machine, mais plutôt sur les moyens d'intégrer efficacement ce modèle des pertes dans le système de commande. Dans cette perspective, nous démontrons une propriété intéressante des réseaux de neurones artificiels (RNA) de type perceptron multicouche qui ouvre de nouvelles possibilités en matière d'intégration de fonctionnalités au système de commande et ce, sans coût supplémentaire. Deux nouvelles fonctionnalités sont ainsi proposées: l'amélioration de l'efficacité énergétique du système sur toute la plage de charge par l'utilisation judicieuse d'une technique de modulation discontinue et l'amélioration de la stabilité du système par l'intégration d'un nouveau détecteur de régime permanent. Ces propositions d'avancement sont validées en simulation et sur un banc d'essai expérimental composé d'un système de commande à base de FPGA. Ce type de circuit logique reprogrammable permet la mise en oeuvre d'architectures de systèmes parallèles qui conviennent tout à fait aux systèmes à base de RNA et aux architectures avancées de systèmes d'EVV.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles / La compétition dans le milieu des affaires devient de plus en plus féroce, poussant les entreprises à faire face à plusieurs enjeux qui menacent leur prospérité ou même leur survie. Élaborer une stratégie concurrentielle devient alors une nécessité. L'industrie de la construction est un parfait exemple de secteur très compétitif, dans lequel les petites et moyennes entreprises (PME) ont une mission ardue pour garder leur position concurrentielle. Ces entreprises sont déjà restreintes par leur capacité limitée. Si en plus elles décident de construire des maisons préfabriquées en utilisant un système de production « configurer à la demande » (CTO), leur situation devient encore plus complexe. Ainsi, ces PME doivent mettre au point une approche structurée qui non seulement devra répondre aux enjeux du marché, mais qui devra aussi prendre en considération la particularité de leur contexte spécifique. Ce projet doctoral a pour but d'aider les PME de la construction préfabriquée à élaborer une stratégie concurrentielle en vue d'améliorer leur avantage compétitif, et donc, leur position dans le marché. Un monde aussi connecté que celui d'aujourd'hui fait en sorte que les réseaux d'entreprises sont devenus un centre d'intérêt aussi bien pour la communauté scientifique que pour les praticiens dans diverses industries. Progressivement, ces réseaux ont gagné plus de valeur dans les industries de telle sorte qu'actuellement, ils sont devenus indispensables. C'est ainsi que les dernières décennies ont connu l'émergence du concept des relations interentreprises. Beaucoup d'auteurs de milieux différents, y compris celui de la construction, ont vu dès lors que la collaboration entre des entreprises pourrait les aider à faire face aux enjeux qui les entourent. Considérant cette prémisse comme point de départ, cette thèse a tout d'abord cherché à investiguer comment les relations interentreprises collaboratives sont structurées dans le secteur de la construction. À cet égard, les différentes formes de ces relations ont été explorées, à travers une revue systématique de la littérature. Au total, douze formes de relations ont été identifiées : le partenariat, l'alliance, les modes de réalisation, l'intégration de la chaîne logistique, les co-entreprises, l'exécution intégrée du projet, la gestion collective des risques, la conception collaborative, la collaboration contingente, le réseau quasi-défini, le partage de ressources et la planification collaborative. Cette revue a aussi couvert les éléments ayant une incidence sur ces interactions interentreprises, notamment les éléments moteurs, barrières, facilitateurs et résultats. La multitude d'éléments trouvés a pu être classée en différentes catégories grâce à l'analyse qualitative du contenu. Ainsi, les éléments moteurs et résultats économiques, les barrières culturelles et les facilitateurs du type comportemental ont été les plus mentionnés. L'analyse du contenu a également été employée pour créer des dimensions permettant de décrire la relation interentreprises, et ce, en se basant sur les caractéristiques des formes et les barrières. Ceci a mené à l'élaboration d'un profil multidimensionnel comme étant une nouvelle manière de définir et d'organiser les relations interentreprises collaboratives. Un cadre d'implantation a été proposé afin de faciliter la mise en pratique du profil. Avant de pouvoir collaborer, les entreprises doivent estimer l'étendue de leur besoin en collaboration. Il est donc nécessaire d'évaluer leurs forces et faiblesses en rapport à leur marché d'activités, c'est-à-dire le secteur de la construction. À cette fin, la deuxième phase de la thèse a porté sur l'étude de la compétitivité dans l'industrie de la construction. Au début, onze appels d'offres pour des projets de construction de bâtiments ont été analysés. 233 exigences de participation ont été extraites de ces appels et groupées en trois catégories en utilisant l'analyse du contenu. En parallèle, 54 atouts pour gagner ces appels ont été identifiés dans la littérature. Par la suite, ces exigences/atouts ont été formulés de sorte à évaluer la difficulté de les satisfaire/acquérir via une échelle linguistique. Afin de pouvoir transformer cette évaluation qualitative en des scores unifiés et quantifiables, les nombres flous ont été considérés. C'est ainsi qu'une approche systématique permettant de déterminer le niveau de compétitivité des entreprises de construction a été développée. De là est née la matrice de compétitivité (CRM), un outil visuel qui illustre d'une manière pratique et claire l'indicateur de compétitivité. Une fois que l'étalonnage concurrentiel est réalisé, les entreprises ont besoin de connaître comment elles peuvent surmonter leurs lacunes de performance à travers les ressources internes et/ou externes. À cet égard, un modèle de programmation linéaire mixte structuré en deux étapes a été développé. Dans un premier temps, le modèle a cherché à minimiser les coûts liés au travail régulier et à son ajournement. Le plan de production qui en résulte propose un nombre optimal d'ouvriers pouvant réaliser un ensemble de projets sur une période prédéterminée. Le modèle prend ensuite ce nombre et génère un nouveau plan en minimisant les coûts associés au travail régulier, son ajournement et aux options de planification ajoutées, soit les heures supplémentaires et la sous-traitance. Un cas d'étude d'un manufacturier de maisons modulaires en bois utilisant le système CTO a été considéré pour le développement du modèle. Enfin, des tests ont été réalisés pour examiner le comportement du modèle en termes de solutions et de résilience de l'entreprise, entre autres concernant la pénurie de main-d'œuvre. Les idées acquises à travers ces tests contribuent à une meilleure compréhension du système CTO et ses problèmes de planification et à la discussion sur la gestion des ressources sujettes à des restrictions. Il s'en est suivi des recommandations pour la communauté scientifique et les praticiens du domaine. / Competition in the business world is becoming increasingly fierce, forcing companies to face several challenges, which threaten their prosperity or even their survival. Devising a competitive strategy becomes then a necessity. The construction industry is a perfect example of a highly competitive field, where small and medium sized enterprises (SMEs) have the arduous mission of protecting their competitive position. These companies are already restricted by their limited capacity. If, in addition, they decide to build prefabricated houses using a configure-to-order (CTO) production system, their situation becomes even more complex. Thus, these SMEs need to work out a structured approach, which not only should respond to market challenges, but also take into account the idiosyncrasy of their specific context. This doctoral project aims to assist SMEs of the industrialized construction to develop a competitive strategy in order to improve their competitive advantage and their position in the market. Our connected world ensures that business networks have become a focal point for both researchers and practitioners in various industries. Gradually, these networks have gained so much value in the industries, so that currently they become essential. As such, the last decades saw the emergence of the concept of interorganizational relationships. Therefore, many authors from different backgrounds, including that of construction, believed that collaboration between companies could help them deal with the challenges surrounding them. Considering this premise as a starting point, this thesis firstly sought to investigate how collaborative interorganizational relationships are structured in the construction field. In that regard, the different relational forms were explored by means of a systematic literature review. In total, twelve relational forms were identified: partnering, alliancing, project delivery methods, supply chain integration, joint ventures, integrated project delivery, joint risk management, collaborative design, contingent collaboration, quasi-fixed network, resource sharing, and collaborative planning. This review also covered elements having an impact on these interorganizational interactions, i.e., drivers, barriers, facilitators, and outcomes. The plethora of elements found were grouped into different categories using the qualitative content analysis. Thereby, the economic drivers and outcomes, the cultural barriers, and the behavioral facilitators were the most mentioned by authors. The content analysis technique was also employed to create dimensions enabling the description of interorganizational relationships based on the characteristics of the forms and the barriers. This led to the multidimensional profile as a novel way to define and organize collaborative interorganizational relationships. To facilitate the implementation of the profile, a framework was suggested. Before they are able to collaborate, companies have to estimate the extent of their collaboration need. As such, it is necessary to assess their strengths and weaknesses in relation to their market, i.e., the construction field. To this end, the second phase of the thesis sought to study the competitiveness in the construction industry. At first, eleven calls for tenders for buildings construction projects were analyzed. 233 participation requirements were extracted from these calls and grouped into three categories via the content analysis. At the same time, 54 assets needed to win these calls were identified from the literature. Afterwards, these requirements/assets were phrased in a way to evaluate the difficulty to satisfy/acquire them using a linguistic scale. To transform this qualitative assessment into unified quantifiable scores, fuzzy numbers were considered. Thus, a systematic approach allowing to determine the competitiveness of construction companies was developed. The competitiveness readiness matrix (CRM) was then created to illustrate in a practical and clear manner the competitiveness indicator. Once the benchmarking was performed, the companies need to know how they can overcome their performance shortcomings through the internal and/or external resources. In that regard, a mixed linear model structured in two steps was developed. The first step sought to minimize the costs related to regular work and postponing it. The resulting production plan suggests an optimal number of workers to deliver a set of projects over a predetermined planning horizon. This number serves then as an input for the second step, whose objective is to minimize the costs linked with regular work, postponing it, and added planning options (overtime, outsourcing). A case study of a company manufacturing wood modular houses using the CTO system was considered for the development of the model. Finally, tests were performed to examine the model's behaviour in terms of solutions and the resilience of the company regarding labor shortage. The gained insights from these tests contribute to a better understanding of the CTO system and its planification issues as well as the discussion on managing restricted resources. This was followed by recommendations for researchers and practitioners of the field.

Pour permettre l’amélioration de l’écohydraulique des rivières en temps de pluie, le développement de règles de contrôle en temps réel de vannes placées à la sortie de bassins d’orage demande une analyse à long terme de différentes options, intégrant la prévision météorologique, la qualité de l’eau de la rivière à l’amont du rejet, le débit de la rivière et la qualité de l’eau dans le bassin d’orage, pour permettre l’amélioration de l’écohydraulique des rivières. Pour cela, l’idéal est de tester ces règles à l’aide d’un modèle intégré du système « bassin versant – bassin d’orage – rivière ». Pour pouvoir faire des simulations à long terme, il faut un modèle de bassin d’orage rapide, qui permette de simuler la qualité de l’eau dans le bassin de façon précise quelles que soient les conditions d’exploitation. L’objet de cette thèse de doctorat a été de développer ce modèle de bassin d’orage. Ce modèle se base sur le principe de couches complètement mélangées superposées permettant de créer un gradient de concentrations pour représenter des phénomènes locaux tel que la pénétration de la lumière influençant la mortalité des pathogènes. Il se base également sur la définition de plusieurs classes de particules caractérisées par leurs vitesses de sédimentation, ces dernières étant déterminées expérimentalement à l’aide de tests ViCAs. Il incorpore également des polluants associés aux particules. L’élément de base, nommé cellule, est défini par une surface et une hauteur maximale au-delà de laquelle il y a débordement. Chaque cellule possède un volume d’eau variable dans le temps, divisé en plusieurs couches superposées, et d’une couche de sédiment de volume constant dans le temps. Pour reproduire le volume d’un bassin d’étude, il est nécessaire de connecter plusieurs cellules les unes avec les autres. Ces connexions se font alors couche à couche ayant comme conditions que les niveaux d’eau de toutes les cellules soient à la même hauteur. Un modèle théorique d’évolution des concentrations en pathogènes incluant des processus complexes comme la croissance, l’adsorption sur les particules et la désinfection par la lumière a également été développé. Le calage du modèle a nécessité la collecte de données expérimentales; des campagnes de mesure ont été effectuées lors des étés 2008, 2009 et 2010 sur le bassin Chauveau de l’arrondissement des Rivières de la ville de Québec. Dans un premier temps, l’efficacité du bassin dans son fonctionnement actuel a été déterminée. Une efficacité moyenne d’épuration de 39% sur les matières en suspension (MeS), de 10% sur l’azote ammoniacal et de 20 % sur le zinc a été mise en évidence. Dans un deuxième temps, la sortie du bassin a été fermée à l’aide d’une structure de bois avec une porte guillotine permettant la rétention de l’eau pendant des durées variables. Cette deuxième configuration du bassin a permis d’améliorer l’efficacité du bassin de façon très importante pour les MeS (90%), l’azote ammoniacal (84%) et le zinc (42%). Des prélèvements ponctuels ont également été faits à l’intérieur du bassin, révélant une hétérogénéité des mesures en MeS entre la zone proche de l’entrée et la zone proche de la sortie, durant les 20 premières heures d’emmagasinement. Le modèle a montré sa capacité à reproduire le comportement de la concentration en matières en suspension à l’aide de 3 classes de particules associées à des vitesses de sédimentation de 80, 2 et 0.1 m/d. La représentation hydraulique du modèle a nécessité l’emploi de 5 cellules pour recréer l’hétérogénéité spatiale révélée par les campagnes d’échantillonnage. Finalement, une fonction de débit de resuspension a permis de modéliser les concentrations à la sortie du bassin d’orage. La validation a confirmé les bonnes performances du modèle pour l’hydraulique et la prédiction des matières en suspension en sortie de bassin. Elle a néanmoins révélé plusieurs points qui nécessiteraient des recherches plus approfondies : la définition du débit de resuspension des sédiments, la détermination de la masse initiale de sédiments dans le bassin, la possibilité d’utiliser plus de cellules pour mieux représenter le comportement hydraulique et l’intérêt de collecter des analyses ViCAs associés à chaque phase du pollutogramme de la pluie (début, pic de débit et fin). Avec ce modèle, les stratégies de gestion en temps réel de la vanne de sortie des bassins d’orage peuvent maintenant être déterminées. / The development of real-time control rules of sluice gates located at a stormwater basin outlet requires testing various options, taking in account weather forecasts, water quality of the upstream river, river flow and water quality in the stormwater basin, by using long-term simulations to allow improved ecohydraulics of rivers. To do so, these rules have to be tested by using an integrated “watershed - storm basin – river” system. In order to perform long-term simulations, a stormwater basin model with small computation time is needed, which simulates the water quality in the basin accurately in function of imposed operating conditions. The purpose of this thesis was to develop such stormwater basin model. The developed model is based on superimposed homogeneous layers creating a concentration gradient to represent local phenomena such as light penetration affecting the mortality of pathogens. It is also based on the definition of several particle classes characterized by their settling velocities; the latter being determined experimentally using ViCAs tests. It also includes pollutants associated with particles. The basic unit, called cell, is defined by a surface and a maximum height above which water overflows. Each cell has a time-variable water volume, divided into several layers and a constant volume sediment layer. To reproduce spatial heterogeneity of an experimental stormwater basin, it is necessary to connect several cells. Connections are then done layer by layer with the condition that the water levels of all cells are at the same water height. A theoretical model describing the concentrations of pathogens, including complex processes such as growth, adsorption on particles and light disinfection has also been developed The calibration of the model required experimental data which were collected by sampling in the summers of 2008, 2009 and 2010 on the basin Chauveau in the “des Rivières” district of Quebec City. First, the efficiency of the basin in its current operation was determined. An average removal efficiency of 39% for total suspended solids (TSS), 10% for ammonia and 20% for zinc was revealed. In a second step, the stormwater basin outlet was closed with a wooden structure equipped with a guillotine door to retain the water for varying periods of time. The second configuration of the basin significantly improved the efficiency of the basin for TSS (90%), ammonia (84%) and zinc (42%). Samples were also collected within the basin, revealing heterogeneity in TSS measurements between the area near the inlet and the area near the outlet for the first 20 hours of storage. The model showed its ability to adequately reproduce the behavior of the TSS concentrations using three particle classes defined by settling velocities of 80, 2 and 0.1 m/d. For the hydraulics, five cells were required to recreate the spatial heterogeneity revealed by the sampling campaigns. Finally, the addition of a resuspension flowrate was needed to model the increased outlet TSS concentrations at the end of emptying. The validation confirmed the good performance of the model for the hydraulics and the prediction of outlet TSS concentration. It has also revealed several points that require further research: the definition of the sediment resuspension flowrate, determination of the initial mass of sediments in the stormwater basin, the possibility of using more cells to better represent the hydraulics and the interest of running ViCAs tests associated with each phase of the runoff (the beginning, the flow peak and the end). With this model, real-time control strategies for the outlet valve can now be tested.

Amener les robots à partager le même environnement que les humains apparaît l'évolution naturelle vers une robotique plus avancée, à mi-chemin entre la robotique industrielle d'aujourd'hui et les robots humanoïdes versatiles de demain. Cette éventuelle coexistence a le potentiel immense de produire un impact considérable sur plusieurs domaines liés à la vie de tous les jours tels que 1) la réhabilitation, où des thérapeutes et des robots pourront collaborer et offrir du soutien aux patients, 2) les dispositifs d'assistance robotique envers les personnes âgées ou handicapées, pour faciliter les tâches quotidiennes et 3) la chirurgie assistée. Outre ces trois domaines d'application, il est fort possible que l'impact le plus significatif de l'implantation d'un tel concept se fera au niveau du domaine manufacturier. Dans ce domaine, une synergie efficace entre l'humain et le robot peut être envisagée en combinant les formidables capacités humaines de raisonnement et d'adaptation face aux environnements non structurés avec l'inépuisable force d'un robot. Toutefois, la création d'une telle génération de robots coopératifs présente plusieurs défis, tant sur les plans mécaniques et sensoriels qu'au niveau de la commande. Cette thèse amène des réponses concrètes au défi que constitue la commande des robots destinés à interagir et coopérer avec les humains, proposant des solutions aux problèmes des mouvements coopératifs ou encore à la réaction aux collisions. Elle présente notamment une nouvelle méthode de commande basée sur l'analyse des intentions humaines en temps réel, permettant la production de mouvements coopératifs beaucoup plus intuitifs pour l'humain. Elle s'attaque aussi au problème de la stabilité du contrôleur, reconnu comme une difficulté inhérente aux robots évoluant en mouvement contraint. En effet, étant données les propriétés physiques variables de l'humain, telle la rigidité de ses bras, il est possible qu'un robot devienne instable subitement lorsque mis en contact direct avec celui-ci, engendrant ainsi d'évidents problèmes de sécurité. Au-delà des algorithmes de commande de haut niveau, cette thèse aborde de nouvelles techniques d'asservissement qui sont mieux adaptées à la mécanique particulière de ces robots. En effet, dans le but de coexister avec les humains sans risquer de les blesser, il est entendu que ces robots devront être conçus différemment, de manière à réduire leur impédance mécanique et leur capacité de transmettre de la puissance en cas de collision. Dans de telles circonstances, les régulateurs linéaires conventionnels seront bien peu efficaces dans le suivi des consignes demandées. La méthode introduite est une adaptation de la commande prédictive, bien connue dans l'industrie chimique, à la commande des manipulateurs.

Ce mémoire présente différents outils et approches pour dériver les lois de commande de la machine asynchrone à double alimentation en régime permanent sur toute la plage de vitesse, en mode moteur et générateur. Le but est de dériver les lois de commande de la MADA en termes de tension et angle rotorique (puissance active et réactive) pour différentes stratégies de commande. Le premier outil a été évoqué dans un processus d’optimisation non-linéaire. Puis une approche analytique basée sur le circuit équivalent de la MADA a été étudiée dans le but de contourner les problèmes liés au processus d’optimisation non-linéaire. Un autre outil de simulation développé dans l’environnement MATLAB/Simulink a été mis au point afin de valider les résultats. / This thesis presents various tools and approaches for the determination of the steady-state control laws of the doubly fed induction machine on the whole operation speed range operating as motor and generator. The purpose is to derive the control laws in terms of rotor voltage and control angle voltage (real and reactive power) for different control strategies. A first tool for extracting control laws based on a nonlinear optimization process has been developed. Then an analytical approach based on the equivalent circuit of the DFIM has been used in order to avoid problems related to the process of nonlinear optimization. Another simulation tool developed in the Matlab/Simulink was aimed to validate the results.

Ce travail de thèse est consacré à l'extension de l'Inversion Dynamique non-linéaire (NDI-Nonlinear Dynamic Inversion) pour un ensemble plus grand de systèmes non-linéaires, tout en garantissant des conditions de stabilité suffisantes. La NDI a été étudiée dans le cas de diverses applications, y compris en aéronautique et en aérospatiale. Elle permet de calculer des lois de contrôle capables de linéariser et de découpler un modèle non-linéaire à tout point de fonctionnement de son enveloppe d'état. Cependant cette méthode est intrinsèquement non-robuste aux erreurs de modélisation et aux saturations en entrée. En outre, dans un contexte non-linéaire, l'obtention d'une garantie quantifiable du domaine de stabilité atteint reste à l'heure actuelle complexe. Contrairement aux approches classiques de la NDI, notre méthodologie peut être considérée comme un cadre de compensation non-linéaire généralisé qui permet d'intégrer les incertitudes et les saturations en entrée dans le processus de conception. En utilisant des stratégies de contrôle antiwindup, la loi de pilotage peut être calculée grâce à un simple processus en deux phases. Dans ce cadre de travail généralisé des transformations linéaires fractionnaires (LFT - Linear Fractional Transformations) de la boucle fermée non-linéaire peuvent être facilement déduites pour l'analyse de la stabilité robuste en utilisant des outils standards pour de systèmes linéaires. La méthode proposée est testée pour le pilotage d'un véhicule de rentrée atmosphérique de type aile delta lors de ses phases hypersonique, transsonique et subsonique. Pour cette thèse, un simulateur du vol incluant divers facteurs externes ainsi que des erreurs de modélisation a été développé dans Simulink. / This thesis work is devoted to extending Nonlinear Dynamic Inversion (NDI) for a large scale of nonlinear systems while guaranteeing sufficient stability conditions. NDI has been studied in a wide range of applications, including aeronautics and aerospace. It allows to compute nonlinear control laws able to decouple and linearize a model at any operating point of its state envelope. However, this method is inherently non-robust to modelling errors and input saturations. Moreover, obtaining a quantifiable guarantee of the attained stability domain in a nonlinear control context is not a very straightforward task. Unlike standard NDI approaches, our methodology can be viewed as a generalized nonlinear compensation framework which allows to incorporate uncertainties and input saturations in the design process. Paralleling anti-windup strategies, the controller can be computed through a single multichannel optimization problem or through a simple two-step process. Within this framework, linear fractional transformations of the nonlinear closed-loop can be easily derived for robust stability analysis using standard tools for linear systems. The proposed method is tested for the flight control of a delta wing type reentry vehicle at hypersonic, transonic and subsonic phases of the atmospheric reentry. For this thesis work, a Flight Mechanics simulator including diverse external factors and modelling errors was developed in Simulink.

Les systèmes de communication prennent de nos jours une importance de plus en plus prépondérante dans tous les aspects de la vie courante et les exigences de connectivité se retrouvent dorénavant dans de très nombreux projets. Ces besoins de connexion exigent des débits de communication ainsi que des taux de couverture de plus en plus importants, poussant de ce fait vers l’utilisation de systèmes de communication par satellite (SATCOM). Les applications envisagées n’étant pas limitées à des installations fixes, celles-ci demandent de pouvoir assurer une communication par satellite depuis un porteur en mouvement. Il est donc nécessaire d’utiliser des servomécanismes de positionnement de l’antenne de façon à assurer un pointage correct de l’antenne vers le satellite. Ces positionneurs sont donc asservis de façon à orienter la ligne de visée de l’antenne vers le satellite, avec une erreur angulaire de l’ordre du dixième de degré. Cette précision a pour conséquences certaines exigences fortes sur la conception. Ces contraintes imposent l’utilisation de composants de qualité supérieure, des études mécaniques poussées ainsi que des réglages propres à chaque positionneur après assemblage. Dans le cadre de ces travaux de thèse, une stratégie de pointage différente de l’état de l’art a été conçue. Cette stratégie, nommée Helios (Hybrid Estimator of Line Of Sight), permet de lever certains verrous scientifiques spécifiques. Notamment, elle permet une diminution des performances requises de l’asservissement en position de l’antenne en fournissant une trajectoire plus facile à suivre. Cela permet une diminution des contraintes de conception, notamment mécaniques (frottements, raideurs …). Cela est rendu possible par une meilleure estimation de la direction à pointer, utilisant un plus grand nombre de mesures, sans introduire de retard dans l’estimation. Les moyens d’essais de Thales ont permis d’effectuer des essais expérimentaux sur des prototypes industriels. Ainsi, la stratégie est testée en simulation et en expérimentation sur un hexapode simulant un porteur, permettant un recalage du modèle de simulation à partir de données expérimentales. C’est ainsi que la stratégie est validée en conditions opérationnelles. Afin de réaliser ces tests expérimentaux, une étape de mise en place du moyen d’essais a été réalisée. Notamment, les outils de communication ont été mis au point (bus de terrains, liaisons série …). L’asservissement en position de la station a été réalisé à partir d’une identification non-paramétrique en boucle fermée du mécanisme. L’intégration de la station complète a été réalisée, permettant ainsi les tests en extérieur, sur un hexapode. / In military and civil application, satellite communications (SACTOM) are often needed on moving vehicles (drones, planes, land vehicles, vessels…) in order to transfer all kind of data (pictures, videos, internet …). These types of stations are called SATCOM On The Move (SOTM). In order insure high data rates, the antenna must be directional, which means that they direct electro-magnetic waves in a particular direction of space, called line of sight. The line of sight must be steered in order to be aligned with the satellite to insure a strong communication link with the highest data rate possible. Stabilized platforms, called Antenna Positioning System, aim to steer the antenna’s line of sight in the satellite direction. The pointing requirements are the source of conception constraints that reduce the cost efficiency of the overall station. This PhD report focus on the development and the study of a new pointing strategy called Helios (“Hybrid Estimator of LIne Of Sight”). This algorithm uses least squares to found the antenna pattern in real time, using an observation window. Among others, it allows to reduce the bandwidth of the control loops by generating a trajectory easier to follow. Therefore, it decreases the conception constraints (friction, backlash, field bus data rate …). Helios is tested through experimentation, using Thales industrial prototypes. The vehicle is emulated by a hexapod. Simulation is carried out in order to fit the measured experimental behavior. To do so, parametrical and non-parametrical identification has been done on the SOTM prototype. This way, Helios is validated and studied in operational conditions.