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Dans cette thèse, nous avons étudié le contrôle et l'optimisation de systèmes dynamiques sujets à des retards variables.L'existence de retards, de commande ou d'état, est un problème classique en automatique, susceptible de réduire les performances du système en régime transitoire, voire de remettre en cause la stabilité de contrôleurs en boucle fermée. De tels phénomènes de retards variables jouent un rôle important dans de nombreuses applications en génie des procédés.Dans une première partie, nous avons étudié la régulation en boucle fermée d'un système soumis à des retards de métrologie variables et incertains. Nous avons établi de nouveaux résultats garantissant la stabilité robuste sous certaines conditions explicites sur le gain du contrôleur. Dans une seconde partie, nous avons abordé le problème de l'optimisation dynamique de systèmes présentant des retards variables dépendant de la commande liés à des phénomènes de transport dans des réseaux hydrauliques. Nous avons proposé un algorithme itératif d'optimisation et garanti sa convergence grâce à une analyse détaillée. / This Ph.D. work studied the control and optimization of dynamical systems subject to varying time delays.State and control time delays are a well-known problem in control theory, with a potential to decrease performances during transient regimes, or even to jeopardize controllers closed-loop stability. Such variable delays play a key role in many applications in process industries.In a first part, we studied the closed-loop control of a system subject to varying and uncertain metrology delays. We established new results on robust stability under explicit conditions on the controller gain. In a second part, we tackled the problem of the dynamic optimization of systems exhibiting input dependent delays due to transport phenomena in complex hydraulic architectures. We designed an iterative optimization algorithm and guaranteed its convergence through a detailed analysis.

Pour les technologies sub-90nm, la complexité des structures est devenue telle que le contrôle des procédés de fabrication est aujourd'hui un secteur primordial dans le fonctionnement d'une usine de semi-conducteur. Dans ce contexte, deux grands défis sont proposés aux ingénieurs : Le premier est de rechercher la nature de la variabilité des performances électriques des circuits afin de les réduire. Une fois la variabilité réduite, le second objectif consiste à optimiser son contrôle afin de garantir les performances des circuits.<br />Cette thèse vise à mettre en oeuvre une méthodologie globale d'analyse, s'appuyant sur le développement de méthodes statistiques avancés (outils multivariés, neuronaux) afin de corréler les mesures électriques et physiques des composants ainsi que les paramètres des équipements. Les résultats des modélisations débouchent sur l'optimisation de toutes les composantes liées au contrôle des procédés (Control Statistique des Procédés, Fault Detection and Classification, Run to Run).

Le travail présenté dans ce manuscrit s'inscrit dans le cadre de la commande temps réel de certains procédés du raffinage. Nous présentons les travaux réalisés sur la commande monovariable et la gestion des paramètres variables. La première partie des travaux s'est articulée autour de l'étude d'un article apparu en 2003. Nous avons comparé les méthodes de commande monovariable proposées dans cet article avec d'autres méthodes plus communément utilisées. Dans le but améliorer les performances obtenues avec les outils testés, nous avons mis au point un prédicteur de Smith adaptatif dans lequel le retard est mis à jour à partir de considérations physiques d'un procédé d'hydrodésulfuration. Nous nous intéressons aussi au problème ouvert de la commande d'un procédé de mélange, qui comporte plusieurs volumes morts entre les bacs de bases et la mélangeuse. Nous avons montré qu'il était possible de reconstruire, en choisissant un estimateur adapté, les propriétés en sortie de mélangeuse. La méthode a été mise en place et est utilisée sur une mélangeuse réelle. Nous avons également travaillé sur la commande d'un procédé de neutralisation de pH. L'approche que nous avons eue du problème est double. D'un côté, nous avons travaillé directement sur le procédé, de l'autre, nous avons élaboré un modèle non linéaire à partir duquel nous avons mis en place une loi de commande non linéaire. La loi de commande utilisée pour réguler le pH mesuré au pH de consigne intègre les non linéarités du procédé ce qui permet à l'utilisateur de changer de conditions opératoires sans avoir de modifications à apporter aux réglages de celle-ci.

Ce travail de recherche, consacré à la synthèse d'une commande prédictive à modèle neuronal du procédé d'évaporation en multiple-effets, s'inscrit dans la continuité des travaux menés au L.G.I. depuis plusieurs années. Le mémoire de thèse s'articule en cinq chapitres : le premier présente l'atelier d'évaporation dans la chaîne de fabrication du sucre, et les développements théoriques et expérimentaux nécessaires à l'identification d'un modèle dynamique du procédé. Le chapitre 2 pose les bases théoriques du transfert technologique que constitue l'application des réseaux de neurones pour la modélisation et le contrôle des procédés industriels. La première partie de ce transfert technologique, décrite dans le chapitre 3, concerne l'identification de modèles du procédé d'évaporation, à partir de données expérimentales issues des campagnes de mesure menées à la sucrerie de Bois Rouge, La Réunion, en 1997 et 1998, et la simulation des modèles identifiés. Dans le chapitre 4, la problématique de l'automatisation du procédé, confrontée aux limites rencontrées par les schémas de régulation traditionnels, justifie la mise en oeuvre d'une stratégie de commande avancée. Cette démarche, qui constitue la deuxième partie du transfert technologique que nous avons entrepris, aboutit à la mise en oeuvre d'un schéma de commande prédictive mono variable basée sur un modèle à réseau de neurones, testé en simulation dans le chapitre 5. L'ensemble des résultats de simulation sont prometteurs, ce qui permet d'envisager l'implantation d'une stratégie similaire in situ dans les meilleurs délais.

S'appuyant sur une démarche qualité et l'utilisation de moyens d'analyse de données fiables, les acteurs opérationnels cherchent à adresser quotidiennement deux aspects : le contrôle et la réduction continus de la variabilité d'une part et la gestion, évaluée de risque et des actions à entreprendre d'autre part. Cette thèse s'intéresse en particulier au second aspect. Néanmoins, le contrôle et la réduction continue de la variabilité n'ont jamais été négligés puisqu'ils ont servi à quantifier opérationnellement les gains obtenus par la méthodologie proposée. La question centrale de cette thèse vient adresser les deux préoccupations citées précédemment : Comment évaluer et améliorer la performance des moyens et processus de production par le biais d'une analyse de risque qui soit dynamique et intégrée. Comment définir par la suite des plans d'action unifiés et robustes pour maîtriser la variabilité et éviter les non conformités ? Cette thèse propose une méthode globale de gestion dynamique des plans d'actions. Il s'agit d'établir dans un premier temps des liens continus entre les événements réels des équipements et le niveau de risque estimé. Et de proposer un processus de gestion des plans d'actions unifié, joignant l'expertise humaine et les évènements réels, d'aide à la décision et de gestion des retours d'expérience. Cette thèse propose des solutions de gestion des risques opérationnels et des méthodologies de travail appliquées dan le domaine de l'industrie des semiconducteurs mais qui sont génériques et applicables dans d'autres secteurs industriels.

L’évolution croissante du prix des carburants ainsi que les normes antipollution de plus en plus drastiques obligent les fabricants de véhicules commerciaux à développer des solutions innovantes pour réduire la consommation de carburant. Dans cet objectif, comme une grande partie de l’énergie contenue dans le carburant est directement relâchée à l’ambient sous forme de chaleur, celle-ci peut être valorisée et transformée via un cycle thermodynamique secondaire. Dans ce cadre, l’importante utilisation du cycle de Rankine à travers le monde en font un candidat naturel pour une implémentation dans un véhicule. Mais contrairement à une utilisation stationnaire, de nombreux obstacles se dressent pour une intégration totale dans un poids lourd. De nombreuses études ont été menées ces trente dernières années afin de déterminer le potentiel réel d’un tel système une fois embarqué à bord d’un véhicule. Les nombreuses sources de chaleur valorisables, les contraintes inhérentes à l’application embarquée ou encore les forts régimes transitoires induits par l’utilisation du camion doivent mener à une optimisation à la fois de l’architecture du système ainsi que de son système de contrôle. L’optimisation du système mène à un choix en terme de sources chaudes et froides, de topologie, de fluide de travail ainsi que de dimensionnement des composants afin de maximiser les performances. Le système de contrôle joue lui un rôle primordial afin de tirer un bénéfice maximum d’un tel système connaissant ses limites physiques ainsi que d’assurer une utilisation efficace. Dans cette thèse, une méthodologie de conception d’un système de valorisation des rejets thermiques est proposée. En se basant sur des simulations du véhicule complet basées sur un modèle détaillé, les thématiques de la sélection du fluide de travail, des sources chaudes et froides ainsi que l’optimisation des composants et du cycle sont approchées. Par la suite, le problème de contrôle en ligne de la surchauffe à la sortie de l’évaporateur est formalisé. En tenant compte des contraintes numériques d’implémentation, différentes stratégies de commande sont mises en place, allant du contrôleur PID à des structures plus avancées telle que la commande prédictive par modèle ou une loi de commande basée sur un observateur. La plupart de ces stratégies sont validées expérimentalement sur un banc d’essai mis en place durant la thèse / The constant evolution of oil prices and the more and more stringent automotive emission standards force the original engine manufacturers to search for innovative solutions in order to reduce oil consumption. As an important part of the energy contained in the primary carrier (the fuel) is lost to the ambient through heat, it seems convenient to recover a part of this thermal energy and to turn it into fuel consumption reduction. Thermodynamic bottoming cycle such as the Rankine cycle could be used to meet this objective. Its popular use throughout the world for electricity generation makes it a natural candidate for on-board implementation in vehicles. However, a certain number of hurdles are still present before the system can be efficiently applied to heavy-duty trucks. In the last thirty years, numerous studies heave been carried out to evaluate the real potential of that kind of system on a vehicle but nothing has yet been commercialized. The heat sources to recover from, the constraints relative to the on-board application and the long and frequent transient behavior of the vehicle mean both the system architecture and its control strategy need to be optimized. The system optimization leads to a choice in terms of working fluid, heat sources and sinks, and components sizing in order to maximize power recovery and hence the fuel saving. The control plays a major role by using the capability of such a system to ensure an efficient and safe operation and limiting the interactions with the other vehicle sub-systems. In this thesis, a system design methodology is introduced to optimize the system architecture using complete model-based vehicle simulation. The constraints relative to the mobile application are taken into consideration to evaluate the potential of such a system. Modelbased control strategies for on controlled variable, namely the superheat level, are developed. Constrained by the implementation platform, different control frameworks ranging from PID to model predictive controllers or observer based controllers are developed to fit into a normal automotive electronic control unit. Most of these novel strategies were experimentally validated on a test rig developed during the thesis