Le domaine aéronautique connait de nos jours un engouement sans précédent autour de l'avion plus électrique. L'importance du nombre d'équipements électriques est à un tel point que l'amélioration de leur fiabilité devient incontournable. Actuellement, les composants passifs occupent 75 % des éléments électroniques utilisés en avionique dont la moitié correspond à des condensateurs. Ces derniers doivent donc répondre aux exigences environnementales avioniques assez contraignantes. C'est dans ce contexte que nous nous sommes intéressés particulièrement à l'étude des condensateurs à technologie film utilisant le polypropylène ou le polyester comme diélectrique. Afin de mieux comprendre le comportement fréquentiel de cette technologie, deux modèles fins de condensateurs films ont été développés, permettant ainsi de suivre les évolutions de leurs grandeurs électriques dans des conditions cohérentes avec l'application. Dans un deuxième temps, l'effet des contraintes en tension et en température constantes a été étudié sous la forme de facteurs d'accélération du vieillissement. Cela a été établi par l'intermédiaire de plusieurs essais, permettant d'établir les lois d'évolutions temporelles des paramètres électriques des condensateurs. Comme ces contraintes constantes ne sont pas toujours représentatives des conditions réelles d'utilisation, les cinétiques de dégradation ont été comparées à celles où les condensateurs sont sollicités par de fortes ondulations de courant, seules ou associées à une tension continue. Enfin, la dernière partie de notre travail expose l'utilisation des données expérimentales issues des essais de vieillissement dans un objectif de diagnostic en ligne. Les techniques utilisées assurent l'analyse de la dégradation de ces composants, étape essentielle dans la prédiction de l'état de santé des condensateurs en ligne

Cette thèse propose trois méthodes de traitement du signal orientées vers la surveillance d’état et le diagnostic. Les techniques proposées sont surtout adaptées pour la surveillance d’état, effectuée à la base de vibrations, des machines tournantes qui fonctionnent dans des conditions d’opération non-stationnaires comme par exemple les éoliennes mais elles ne sont pas limitées à un tel usage. Toutes les méthodes proposées sont des algorithmes automatiques et gérés par les données.La première technique proposée permet de sélectionner la partie la plus stationnaire d’un signal en cadrant la représentation temps-fréquence d’un signal.La deuxième méthode est un algorithme pour l’association des dispositions spectrales, des séries harmoniques et des séries à bandes latérales avec des fréquences caractéristiques provennant du cinématique d'un système analysé. Cette méthode propose une approche unique dédiée à l’élément roulant du roulement qui permet de surmonter les difficultés causées par le phénomène de glissement.La troisième technique est un algorithme de démodulation de bande latérale entière. Elle fonctionne à la base d’un filtre multiple et propose des indicateurs de santé pour faciliter une évaluation d'état du système sous l’analyse.Dans cette thèse, les méthodes proposées sont validées sur les signaux simulés et réels. Les résultats présentés montrent une bonne performance de toutes les méthodes. / This thesis proposes a three signal-processing methods oriented towards the condition monitoring and diagnosis. In particular the proposed techniques are suited for vibration-based condition monitoring of rotating machinery which works under highly non-stationary operational condition as wind turbines, but it is not limited to such a usage. All the proposed methods are automatic and data-driven algorithms.The first proposed technique enables a selection of the most stationary part of signal by cropping time-frequency representation of the signal.The second method is an algorithm for association of spectral patterns, harmonics and sidebands series, with characteristic frequencies arising from kinematic of a system under inspection. This method features in a unique approach dedicated for rolling-element bearing which enables to overcome difficulties caused by a slippage phenomenon.The third technique is an all-sideband demodulation algorithm. It features in a multi-rate filter and proposes health indicators to facilitate an evaluation of the condition of the investigated system.In this thesis the proposed methods are validated on both, simulated and real-world signals. The presented results show good performance of all the methods.

Cette thèse est consacrée à la modélisation de la maintenance imparfaite par les modèles statistiques. La maintenance imparfaite est le cas intermédiaire de deux situations extrêmes : la maintenance minimale où le système est remis en état qu’il se trouve juste avant la défaillance, et la maintenance parfaite où le système est remplacé à neuf. Dans ce cadre, les expressions analytiques des grandeurs de fiabilité d’un modèle de maintenance imparfaite sont développées. La convergence du modèle est soulignée, et les lois asymptotiques dans le régime stationnaire sont proposées. Ensuite, les lois sont appliquées pour proposer des politiques de maintenance préventive avec des maintenances imparfaites. Le deuxième thème consiste à proposer une adaptation de procédure d’estimation pour les fenêtres d’observation. Seuls les événements pendant ces périodes sont observés. La modélisation et l’inférence s’appuient sur la convergence de modèles vers leurs régimes stationnaires, ou sur la modélisation de l’âge du système au début des fenêtres. Enfin, l’inférence bayésienne d’un modèle de maintenance imparfaite y est présentée. On étudie l’impact des choix des lois a priori sur la qualité des estimations par des simulations numériques. La sélection des modèles de maintenance imparfaite par le facteur de Bayes est proposée. Dans chaque partie, les modélisations statistiques sont appliquées à des données issues de l’industrie / The thesis analyses imperfect maintenance processes of industrial systems by statistical models. Imperfect maintenance is an intermediate situation of two extremes ones: minimal maintenance where the system is restored to the state immediately prior to failure, and perfect maintenance where the system is renewed after the failure. Analytical expressions of reliability quantities of an imperfect maintenance model are developed. The convergence of the model is highlighted and the asymptotic expressions are proposed. The results are applied to build some preventive maintenance policies that contain only imperfect maintenances. The second part of the thesis consists of analyzing failure data contained in observation windows. An observation window is a period of the entire functioning history that only the events occurring in this period are recorded. The modelling and the inference are based on the convergence property or the modelling of initial age. Finally, Bayesian inference of an imperfect maintenance model is presented. The impact of the choices of a priori distributions is analyzed by numerical simulations. A selection method of imperfect maintenance models using the Bayes factor is also introduced.The statistical modelling in each section is applied to real data

Cette thèse est consacrée à la description, la prédiction et la prévention des défaillances de systèmes. Elle se compose de quatre parties relatives à la modélisation stochastique de dégradation, au pronostic de défaillance du système, à l'estimation du niveau de défaillance et à l'optimisation de maintenance.Le processus d'Ornstein-Uhlenbeck (OU) dépendant du temps est introduit dans un objectif de modélisation des dégradations. Sur la base de ce processus, le premier instant de passage d’un niveau de défaillance prédéfini est considéré comme l’instant de défaillance du système considéré. Différentes méthodes sont ensuite proposées pour réaliser le pronostic de défaillance. Dans la suite, le niveau de défaillance associé au processus de dégradation est estimé à partir de la distribution de durée de vie en résolvant un problème inverse de premier passage. Cette approche permet d’associer les enregistrements de défaillance et le suivi de dégradation pour améliorer la qualité du pronostic posé comme un problème de premier passage. Le pronostic de défaillances du système permet d'optimiser sa maintenance. Le cas d'un système contrôlé en permanence est considéré. La caractérisation de l’instant de premier passage permet une rationalisation de la prise de décision de maintenance préventive. L’aide à la décision se fait par la recherche d'un niveau virtuel de défaillance dont le calcul est optimisé en fonction de critères proposés / This thesis is dedicated to describe, predict and prevent system failures. It consists of four issues: i) stochastic degradation modeling, ii) prognosis of system failures, iii) failure level estimation and iv) maintenance optimization. The time-dependent Ornstein-Uhlenbeck (OU) process is introduced for degradation modeling. The time-dependent OU process is interesting from its statistical properties on controllable mean, variance and correlation. Based on such a process, the first passage time is considered as the system failure time to a pre-set failure level. Different methods are then proposed for the prognosis of system failures, which can be classified into three categories: analytical approximations, numerical algorithms and Monte-Carlo simulation methods. Moreover, the failure level is estimated from the lifetime distribution by solving inverse first passage problems. This is to make up the potential gap between failure and degradation records to reinforce the prognosis process via first passage problems. From the prognosis of system failures, the maintenance optimization for a continuously monitored system is performed. By introducing first passage problems, the arrangement of preventive maintenance is simplified. The maintenance decision rule is based on a virtual failure level, which is solution of an optimization problem for proposed objective functions

La construction de modèles de pronostic nécessite la compréhension du processus de dégradation des composants critiques surveillés afin d’estimer correctement leurs durées de fonctionnement avant défaillance. Un processus de d´dégradation peut être modélisé en utilisant des modèles de Connaissance issus des lois de la physique. Cependant, cette approche n´nécessite des compétences Pluridisciplinaires et des moyens expérimentaux importants pour la validation des modèles générés, ce qui n’est pas toujours facile à mettre en place en pratique. Une des alternatives consiste à apprendre le modèle de dégradation à partir de données issues de capteurs installés sur le système. On parle alors d’approche guidée par des données. Dans cette thèse, nous proposons une approche de pronostic guidée par des données. Elle vise à estimer à tout instant l’état de santé du composant physique et prédire sa durée de fonctionnement avant défaillance. Cette approche repose sur deux phases, une phase hors ligne et une phase en ligne. Dans la phase hors ligne, on cherche à sélectionner, parmi l’ensemble des signaux fournis par les capteurs, ceux qui contiennent le plus d’information sur la dégradation. Cela est réalisé en utilisant un algorithme de sélection non supervisé développé dans la thèse. Ensuite, les signaux sélectionnés sont utilisés pour construire différents indicateurs de santé représentant les différents historiques de données (un historique par composant). Dans la phase en ligne, l’approche développée permet d’estimer l’état de santé du composant test en faisant appel au filtre Bayésien discret. Elle permet également de calculer la durée de fonctionnement avant défaillance du composant en utilisant le classifieur k-plus proches voisins (k-NN) et le processus de Gauss pour la régression. La durée de fonctionnement avant défaillance est alors obtenue en comparant l’indicateur de santé courant aux indicateurs de santé appris hors ligne. L’approche développée à été vérifiée sur des données expérimentales issues de la plateforme PRO-NOSTIA sur les roulements ainsi que sur des données fournies par le Prognostic Center of Excellence de la NASA sur les batteries et les turboréacteurs. / Constructing prognostics models rely upon understanding the degradation process of the monitoredcritical components to correctly estimate the remaining useful life (RUL). Traditionally, a degradationprocess is represented in the form of physical or experts models. Such models require extensiveexperimentation and verification that are not always feasible in practice. Another approach that buildsup knowledge about the system degradation over time from component sensor data is known as datadriven. Data driven models require that sufficient historical data have been collected.In this work, a two phases data driven method for RUL prediction is presented. In the offline phase, theproposed method builds on finding variables that contain information about the degradation behaviorusing unsupervised variable selection method. Different health indicators (HI) are constructed fromthe selected variables, which represent the degradation as a function of time, and saved in the offlinedatabase as reference models. In the online phase, the method estimates the degradation state usingdiscrete Bayesian filter. The method finally finds the most similar offline health indicator, to the onlineone, using k-nearest neighbors (k-NN) classifier and Gaussian process regression (GPR) to use it asa RUL estimator. The method is verified using PRONOSTIA bearing as well as battery and turbofanengine degradation data acquired from NASA data repository. The results show the effectiveness ofthe method in predicting the RUL.

Cette thèse s’inscrit dans le cadre des études des phénomènes électromagnétiques dansles régions frontales des grands turbo-générateurs. L’objectif de la thèse est d’estimer apriori le champ magnétique axial en fonction du point de fonctionnement afin d’éviterles possibles dégradations du circuit magnétique (dus aux points chauds et tensions entretôles, qui sont liés à la composante axiale du champ).Une maquette à échelle réelle a été spécialement conçue et réalisée dans le but d’améliorerla compréhension physique des phénomènes : les pertes, la pénétration du champ magnétiqueet les tensions entre tôles sont analysés.Les simulations par éléments finis sont ensuite utilisées : les avantages et inconvénientsseront discutés, ainsi qu’une comparaison critique des résultats par rapport aux mesuresexpérimentales sur la maquette. La région frontale d’un turbo-alternateur est aussi entièrementmodélisée.Enfin, un modèle simple du flux axial est développé. Ses coefficients sont déterminés àl’aide de simulations par éléments finis, mais il peut ensuite être utilisé en temps réel afind’estimer le flux axial correspondant à un point de fonctionnement quelconque. / This work aims to improve the knowledge of electromagnetic phenomena that occurin the end region of large turbo-generators. The goal of this work is to evaluate theaxial magnetic flux density with regard to the operating conditions (such as active orreactive power) in order to prevent potential deterioration of the stator. Indeed, the axialmagnetic field is known to induce hot points or voltages between laminations that maycause insulation breakdown and thus stator faults.An experimental apparatus in real scale has been designed and built. Its purpose is tostudy precisely the following phenomena: losses, axial magnetic flux density penetration,voltage across adjacent voltages.Finite element simulations (FEM) are also used: their advantages and drawbacks arediscussed, and the results are compared with the experimental measures. The wholeend-region of a turbo-generator is also simulated.Finally, a simple model of the axial magnetic flux is proposed. Its parameters are basedon the results of the FEM model, but it may be used in real time to evaluate the axialmagnetic flux density of any operating point.

Les articles constitutifs de cette thèse analysent les défaillances des marchés financiers traditionnellement identifiées par les économistes (associées aux externalités, aux asymétries d'information et à l'incomplétude des marchés) et les réponses des pouvoirs publics. Une observation centrale est que les interventions publiques ne résultent presque jamais d'une analyse à froid de ces défaillances de marché, mais se décident dans l'urgence pour répondre aux dysfonctionnements les plus évidents observés lors d'une crise. Cette approche pragmatique et a-théorique conduit à des interventions mal calibrées. Ces articles s'attaquent notamment à la politique du prêteur en dernier ressort qui encourage l'endettement à court terme des institutions financières, et nourrit le risque systémique. Ils soulignent également les risques de certaines réformes décidées à la suite de la crise des « subprime ». Les pouvoirs publics devraient se concentrer sur la fourniture des biens publics clairement identifiés par l'analyse économique (contrôle des « agents » et information), et ne pas multiplier les interventions hasardeuses qui créent parfois plus d'imperfections de marché qu'elles ne prétendent en résoudre. / The constituent articles of this dissertation analyze the financial market failures traditionally identified by economists (associated with externalities, information asymmetries and incompleteness of markets) and the policy responses. A central observation is that public interventions have almost never resulted from a cold analysis of these market failures but are decided in a hurry to respond to the most obvious shortcomings observed during a crisis. This pragmatic and a-theoretical approach leads to poorly calibrated interventions. These articles are addressing in particular the lender of last resort policy that encourages the issuance of various short-term debts by financial institutions and feeds systemic risk. They also highlight the risks of certain reforms decided after the "subprime" crisis. Governments should focus on the provision of public goods clearly identified by economic analysis (control of "agents" and information), and should not multiply risky interventions that sometimes create more market imperfections than they claim to solve.

Le domaine aéronautique connait de nos jours un engouement sans précédent autour de l’avion plus électrique. L’importance du nombre d’équipements électriques est à un tel point que l’amélioration de leur fiabilité devient incontournable. Actuellement, les composants passifs occupent 75 % des éléments électroniques utilisés en avionique dont la moitié correspond à des condensateurs. Ces derniers doivent donc répondre aux exigences environnementales avioniques assez contraignantes. C’est dans ce contexte que nous nous sommes intéressés particulièrement à l’étude des condensateurs à technologie film utilisant le polypropylène ou le polyester comme diélectrique. Afin de mieux comprendre le comportement fréquentiel de cette technologie, deux modèles fins de condensateurs films ont été développés, permettant ainsi de suivre les évolutions de leurs grandeurs électriques dans des conditions cohérentes avec l’application. Dans un deuxième temps, l’effet des contraintes en tension et en température constantes a été étudié sous la forme de facteurs d’accélération du vieillissement. Cela a été établi par l’intermédiaire de plusieurs essais, permettant d’établir les lois d’évolutions temporelles des paramètres électriques des condensateurs. Comme ces contraintes constantes ne sont pas toujours représentatives des conditions réelles d’utilisation, les cinétiques de dégradation ont été comparées à celles où les condensateurs sont sollicités par de fortes ondulations de courant, seules ou associées à une tension continue. Enfin, la dernière partie de notre travail expose l’utilisation des données expérimentales issues des essais de vieillissement dans un objectif de diagnostic en ligne. Les techniques utilisées assurent l'analyse de la dégradation de ces composants, étape essentielle dans la prédiction de l’état de santé des condensateurs en ligne / Nowadays, aeronautic research field is moving towards a more electric aircraft. Although this evolutionary path offers many advantages from a financial and ecological point of view, the increased power source usage sets additional constraints on the different electrical systems used onboard. Currently, passive components occupy 75% of the overall electronic equipments used in avionics, whose 50% corresponds to capacitors. Consequently, these latter must be able to withstand the harsh avionic operating conditions. In this thesis we were particularly interested in the study of metallized film capacitors technology using polyester or polypropylene as dielectric. A first approach consisted on the modeling of these components as function of frequency in order to study the evolution of their electrical parameters under consistent avionic stresses. These models were also developed on the purpose of tracking the degradation of the capacitors parameters over time. This operation was done by the means of accelerated floating ageing tests, where capacitors were subjected to different constant voltages and temperatures. Original capacitance ageing laws were thus proposed based on the identification of voltage and temperature degradation kinetics. However, since traditional floating ageing tests, do not reflects the normal ageing of the component, degradation kinetics of metallized films capacitors under high ripple currents, alone or combined with a DC voltage across the devices terminals where also studied, and the associated failure mechanisms were identified. A final step consisted on the health monitoring of metallized film capacitors online based on the experimental ageing data

Dans cette thèse, nous nous proposons d’investiguer les signaux expérimentaux provenant des transmissions par courroie, afin d’envisager par exemple le diagnostic de la tension. N’étant pas issu du domaine de la Mécanique, nous présentons donc une bibliographie exhaustive et thématique sur la théorie et l’expérimentation dans les systèmes transmissions par courroie. Le résumé de ce travail a permis de choisir une approche de modélisation mécanique correspondant au mieux aux conditions réelles de fonctionnement de notre système. Elle inclut les variations temporelles dans la vitesse de rotation du moteur qui entraîne la transmission entière et des changements dans la tension de la courroie. Malheureusement, nous n’avons pas réussi à implémenter numériquement les équations de simulation. Néanmoins, les conclusions que nous en tirons nous aident par la suite à mieux comprendre et interpréter les résultats expérimentaux obtenus, après application de l’ensemble des procédures de Traitement du signal. Notre panoplie d’outils de traitements numériques est tirée d’une longue analyse comparative des différents algorithmes de Traitement du Signal existants, dédiés à la surveillance, au diagnostic et au pronostic des défaillances observées sur les roulements et les engrenages. Nous les avons réadaptés pour convenir à l'étude des paramètres variables (tension, charge et/ou vitesse) qui peuvent apparaître dans les transmissions par courroie. Le principal intérêt de notre travail est le développement d’une procédure automatisée et efficace, permettant un suivi fiable des défaillances, dans les domaines d’analyses : modale, traditionnelle (temporelle, fréquentielle, spectrale), synchrone, temps-fréquence et surtout « cyclostationnaire » . Dans ce dernier domaine, avec des méthodes d’extraction de sources à partir d’un signal préalablement rééchantillonné, nous étudions spécifiquement les composantes périodique et aléatoire. Chaque type de défaut (variations au niveau de la tension, la charge et/ou la vitesse) a une signature que nous cherchons à distinguer avec des indicateurs de condition(temporels, fréquentiels et spectraux). Nous essayons de comparer les résultats expérimentaux à la théorie sur les transmissions par courroie. Grâce aux méthodes et algorithmes développés dans ce travail de thèse, nous apportons une contribution permettant de traiter un certain nombre de problèmes inhérents aux transmissions par courroies, à partir de leurs signaux expérimentaux acquis sur des accéléromètres, des jauges de contraintes et des codeurs optiques / In this PHD, we investigate experimental signals recorded from belt drives with a diagnosis aim of belt tension. Our research works present an exhaustive and thematic bibliography on theory and experimentation in belt drive to complete our insufficient knowledges in mechanical domain. We choosed a theoritical approach nearest real conditions of our belt drives bench. We included time fluctuaction in drive shaft speed and blet changes. Unfortunately, we could not resolve motion equations because existence of numerical limits. All conclusions will be used to understand and interprate experimental results after our signal processing numerical procedures. Our tools panel of numerical process comes from a comparative analysis extracted in several scientific documents and differents algorithms. They dedicate to surveillance, diagnosis and pronostic oriented toward bear and gear defaults. A adaptation in our belt case is necessary with variables parameters (tension, load and/or speed) affecting our case. In our automatic approach, we study several faults in analysis domains : modal, traditionnal (time, frequency, spectrum), synchronous, time-frequency and « cyclostationary » . In this last domain, we extract both comopnent (discret and random), after an previous resmapling operation applying to raw collected signal. Each falut type has a specific signature to discriminate with pertinent condition indications (time, frequency and spectrum domains). All results are discussed at the end of this PHD document. Our developped methods and algorithms are a contribution to process belt drives problems, from exprerimental signals recording with acceleromertes, constraint gauges and optical coders

Pour certaines maladies causées par des agents chimiques, biologiques, radiologiques et nucléaires (CBRN), il n’existe pas de contre-mesures médicales (MedCM) et bon nombre de celles qui existent pourraient ne pas être disponibles en cas de besoin. En cas d’accident CBRN, des efforts inadéquats de financement de la R&D et de mise à disposition par les gouvernements peuvent avoir de graves conséquences économiques nettement supérieures aux coûts d’initiatives préventives. Compte-tenu des contraintes budgétaires auxquelles de nombreux gouvernements sont confrontés, il est nécessaire de définir des priorités. Parallèlement à la mise en place d’indicateurs de décision de santé efficaces qui identifient et mesurent les effets de causalité de l’impact négatif sur la santé, le processus de décision doit également prendre en considération le rapport coût-efficacité pour rendre le financement durable.Cette thèse a pour objectif de définir une voie vers une politique économique de santé publique visant à renforcer la disponibilité des MedCM pour les agents CBRN. Dans la première partie, les causes des défaillances du marché sont identifiées (lorsque les opportunités de profit ne compensent pas l’effort de R&D nécessaire). Dans la deuxième partie, des études de cas illustrent les caractéristiques et les conséquences économiques d’exemples d’accidents CBRN et des scénarios sont analysés afin de mettre en évidence comment la disponibilité de MedCM pourrait potentiellement devenir rentable. Enfin, la troisième partie propose des approches plus complètes pour mesurer et compenser les facteurs contribuant à la défaillance du marché en appliquant des modèles économiques spécifiques. / For some diseases caused by chemical, biological, radiological, and nuclear (CBRN) agents, innovative medical countermeasures (MedCMs) do not exist while many of those that do might not be readily available. In case of a CBRN event, inappropriate medical research and development (R&D) funding and government procurement efforts can result in adverse economic consequences (e.g. lost income) far exceeding the costs of strong and comprehensive preparedness initiatives. Given the budgetary constraints many governments face, priorities must be defined. Parallel to determining effective health decision metrics that identify and weigh the causal effects of negative health impact, decision making must also consider cost-effectiveness to make funding sustainable. Moreover, international cooperation is necessary since the risks increasingly transcend borders due to global travel and the global threat of terrorism. This dissertation ultimately seeks to define a path to public health economic policy to enhance the international availability of CBRN MedCMs. In Part I, the root causes of market failure are identified and depicted (i.e., where rewards for supply do not adequately compensate for the R&D effort). In Part II, case study examples illustrate the characteristics and economic consequences of CBRN incidents. Scenarios for each case are outlined to show where the availability of MedCMs in these situations could potentially be cost-effective. Finally, Part III construes more comprehensive approaches for gauging and offsetting the deterrence factors of market supply and demand by compiling and applying additional economic models and frameworks.