Le travail de cette thèse s’inscrit dans une thématique qui concerne le dimensionnement optimal et la gestion d’énergie résiliente aux défauts d’un système multi-sources (hybride) pour l’alimentation d’un véhicule électrique. Dans notre cas, le système de stockage est composé d’une pile à combustible comme source principale et une source secondaire à base d’une batterie Li-ion. L’étude réalisée sur le dimensionnement montre l’intérêt de l’hybridation par rapport à un système mono-source batterie seule ou bien pile à combustible seule. L’intérêt de cette hybridation en termes de masse, de volume et de coût devient de plus en plus important en augmentant l’autonomie du véhicule. Après avoir dimensionné la source hybride pour une autonomie de 700 km, on s’est intéressé à l’influence de la technologie de la batterie et les méthodes de gestion sur les performances de la source (le volume, la masse, le cout, les contraintes électriques appliquées sur les composants et la consommation d’hydrogène du système PàC/Batterie). La partie dimensionnement est suivie par le développement d’une stratégie de gestion d’énergie originale basée sur la prise en compte de l’état de charge de la batterie (SOC) pour adapter les limites de fonctionnement de la pile à combustible. Les résultats obtenus avec cette méthode sont comparés avec deux autres stratégies de gestion d’énergie en ligne à savoir, la méthode de découpage fréquentiel et l’utilisation d’un superviseur floue. La stratégie développée a donné des bons résultats expérimentaux en termes de contraintes vues par les cellules et de consommation d’hydrogène. Malgré un bon dimensionnement de la source embarquée et une bonne optimisation de la méthode de gestion d’énergie, le système n’est pas à l’abri du défaut et peut être le siège de plusieurs défauts qui peuvent apparaitre au niveau de capteurs de tension et de courant. Afin d’assurer la continuité de service du système hybride en présence de ces défauts, une stratégie de commande tolérante aux fautes a été développée afin de garantir la stabilité de système hybride PàC/Batterie et assurer des performances acceptables en mode dégradé. / The work of this thesis is part of a theme that concerns the optimal sizing and energy management resilient to the faults of a multi-source system (hybrid) for the power supply of an electric vehicle. In our case, the storage system consists of a fuel cell as the main source and a secondary source based on a Li-ion battery. The study carried out on the sizing shows the interest of the hybridization compared to a mono-source single battery or fuel cell only system. The interest of this hybridization in terms of weight, volume and cost becomes more and more important by increasing the autonomy of the vehicle. After scaling the hybrid source for a 700 km drive range, we investigated the influence of battery technology and management methods on the performance of the source (volume, mass, cost, electrical stress applied to the components and the hydrogen consumption of the Fuel Cell / Battery system).The sizing part is followed by the development of an original energy management strategy based on the state of charge of the battery (SOC) to adapt the operating limits of the fuel cell. The results obtained with this method are compared with two other online energy management strategies namely, the frequency division method and the use of a fuzzy supervisor. The strategy developed gave good experimental results in terms of constraints seen by cells and hydrogen consumption. Despite a good sizing of the on-board source and a good optimization of the energy management method, the system is not immune from the fault and can be the seat of several faults that can appear at voltage sensors. and current. In order to ensure the service continuity of the hybrid system in the presence of these faults, a fault-tolerant control strategy has been developed in order to guarantee the stability of the hybrid Fuel Cell/ Battery system and to ensure acceptable performance in degraded mode.

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Les machines à commutation de flux cinq-phases présentent une tolérance aux pannes et une robustesse qui les rendent très intéressantes dans un point de vue de la fiabilité, comme montré dans le premier chapitre.Dans ces travaux de thèse nous avons explorés la possibilité de détecter les défauts qui affectent cette machine par la signature des vibrations générées dans la machine.En utilisant les outils physiques et mathématiques présentés dans le deuxième chapitre, nous avons construit deux modèles multiphysiques, un modèle aux les éléments finis développé dans le troisième chapitre et un modèle analytique, appelé aux réseaux de perméances, dans le quatrième chapitre.Le comportement vibratoire de la machine a été étudié à l'aide de ces deux modèles, en régimesain et en défaut afin de connaitre comment ce comportement est influencé par les grandeurs électriques et magnétiques de la machine.Par ailleurs nous avons étudié la possibilité de détecter et discriminer les différents types de défauts.Le modèle analytique se présente comme un bon estimateur du comportement en défaut de la machine, malgré ses écarts avec la simulation.Dans le cinquième chapitre, les deux modèles multiphysiques ont été validés par des essais expérimentaux et nous avons pu expliquer le comportement en défaut d’un point de vue mécanique plutôt que magnétique.Enfin, dans le sixième chapitre, nous avons utilisé les deux modèles pour étudier le comportement en défaut de la machine, à des vitesses au-dessus de la limite expérimentale (3100 tr/min). / Five-phase flux switching machines have a fault tolerance and robustness that makes them very interesting from the point of view of reliability, as shown in chapter one of this work. In our studies we have explored the possibility of detecting faults that affect this type of machine using the signature of stator vibrations.Using the physical and mathematical tools presented in chapter two, we improved two multyphisics models, one based on finite elements method that it's presented in chapter three and the seconde one analitycal model, called permeance networks, in chapter four. The vibratory behavior of the machine was studied using these two models, under healthy and faulty conditions, in order to know how this behavior is influenced by the electrical and magnetic magnitudes of the machine. In addition, we have studied the possibility of detecting and discriminating different types of faults. Analytical model is a good estimator of fault behavior of the machine, despite its differences with the simulation.In chapter five, the two multiphysical models have been validated by experimental tests and we have been able to explain fault behavior by mechanical origin rather than magnetic origin.Finally, in chapter six, we used both models to study the fault behavior of the machine, at speeds above the experimental limit (3100 rpm).

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

La présence de nœuds à l'intérieur de la tige est une des caractéristiques internes ayant le plus d'impact sur les propriétés mécaniques du bois. Il existe une grande quantité de modèles décrivant l’impact de la croissance et des stratégies sylvicoles sur le développement des branches et quelques modèles décrivant la géométrie des nœuds. Cependant la difficulté à obtenir des données internes précises explique que très peu d’études se sont intéressées à modéliser les relations entre les caractéristiques morphologiques des nœuds et les caractéristiques externes des branches et de l’arbre. La présente recherche a pour objectif principal d’améliorer nos connaissances de la nature des nœuds (fréquence, répartition, forme et taille) de manière à les intégrer dans des modèles de croissances des arbres. Dans un premier volet, nous avons mis au point un modèle statique de la géométrie des nœuds utilisant seulement 5 paramètres à partir d’une combinaison de deux équations non linéaires. La grande flexibilité de ces équations nous a permis de décrire des nœuds de morphologies très variables. Les paramètres obtenus ont ensuite été exprimés en fonction de caractéristiques externes facilement mesurables, afin d’être intégrables dans un modèle de croissance. Dans un second volet, nous avons analysé le ratio d’allocation de matière entre les nœuds et la tige au cours du développement de l’arbre, puis élaboré un modèle linéaire mixte qui se veut dynamique dans le temps. Ce dernier décrit l’évolution de la morphologie d’un nœud en fonction de la croissance secondaire de la tige. Finalement, par une méthode empirique basée sur deux filtres successifs tenant compte du diamètre des branches et de leur espacement, nous avons pu améliorer le positionnement des unités de croissance le long de tiges d’épinette. Cette délimitation nous a permis de modéliser le nombre de branches dans les unités de croissance ainsi que leurs positions autour et au long du tronc. L’intégration de ces modèles de nœuds couplés à une distribution plus réaliste des nœuds dans le tronc permettra de développer un simulateur de la croissance des arbres capable de représenter la morphogénèse des nœuds à l’intérieur de la tige. / The presence of knots is one of the internal characteristics with the greatest impact on the mechanical properties of wood. Several models describe the impact of tree growth and of silvicultural strategies on the development of branches but fewer models describe the geometry of knots. However, the difficulties to obtain accurate internal data may explain that very few studies have focused on modelling the relationship between the knot morphology and tree and branch characteristics. The main objective of this study was to improve our knowledge of knottiness (frequency, distribution, shape and size) for integration into existing growth models. In a first stage, we developed a static model of knot geometry using only 5 parameters from a combination of two nonlinear equations. The flexibility of these equations allowed us to describe a wide range of knot types. The parameters obtained were then modelled as functions of measurable tree and branch characteristics, to facilitate the integration into a growth model. In a second stage, we analysed the ratio of knot to stem allocation over the tree development, and then developed a mixed effect model that was dynamic in time. The latter describes the evolution of knot morphology as a function of the stem’s secondary growth. Finally, through an empirical method based on two successive filters and using the branches diameter and the distance between them, we were able to improve the positioning of the growth units along black spruce stems. This allowed us to model the number of branches within growth units and their positions along and around the stem. The integration of these knot models coupled to a more realistic distribution of the knots along the trunk will allow the development of a tree growth simulator capable to represent the knot morphogenesis inside the stem.

Ce travail porte sur le comportement structural des réparations minces en béton soumises aux chargements mécaniques monotones et cycliques. L'objectif est l'étude des mécanismes susceptibles d'engendrer l'apparition et la propagation de fissuration au niveau de l'interface. L'étude s'intéresse particulièrement à l'influence du mode de sollicitation sur la fissuration interfaciale et à la durabilité des éléments composites La méthodologie repose sur trois étapes expérimentales. La première concerne le comportement structural d'une vaste gamme de configurations d'éléments composites en considérant une méthode unique de préparation de surface. La seconde met l'accent sur le rôle de cette préparation sur les mécanismes de décollement. La dernière aborde la sensibilité du comportement des structures composites en présence de défaut de collage. Les résultats montrent que lorsque le plan interfacial est suffisamment rugueux ([alpha]rugo [supérieur ou égal à] 10 [degré]), il n'y a pas de décollement quel que que soit le type de sollicitation. Globalement, les résultats obtenus démontrent que les réparations minces adhérentes en béton se comportent très bien lors des chargements monotones et cycliques et que dans des conditions de mise en oeuvre adéquates et avec des matériaux de qualité, elles constituent une alternative de réhabilitation viable et pertinente dans plusieurs situations.

Les arrêts de production dus à des défauts de l'équipement sont coûteux dans les centrales hydroélectriques. Ces arrêts peuvent être causés par un mauvais asservissement de la vitesse des générateurs. L'utilisation d'un système de monitoring des performances de régulation permet de connaître à intervalle rapproché l'état de l'asservissement de vitesse des générateurs. Les méthodes de détection de défauts développées et appliquées aux générateurs déterminent la probabilité d'occurrence d'un arrêt de production engendré par une instabilité. L'utilisation des méthodes classiques de supervision des procédés intégrées à l'aide de l'analyse par composantes principales permet d'obtenir une détection et une localisation des défauts présents dans les régulateurs et les générateurs hydroélectriques. Les résultats obtenus sont présentés sous forme de graphiques aisément interprétables.

Une meilleure intégration des processus de fabrication du scieur et du fabricant de fermes de toit permettrait une utilisation plus efficiente des matières premières par une diminution de la production de sous-produits de moindre valeur notamment lors des opérations d’éboutage des bois. La scierie fabrique son bois d’œuvre de 2 po d’épaisseur suivant des longueurs standard variant de 6 à 16 pi. Les sciages verts sont généralement éboutés en longueurs paires alors que des longueurs impaires peuvent être générées après séchage et rabotage des bois. Le fabricant de fermes de toit doit, pour sa part, ébouter à nouveau les sciages en composantes suivant des longueurs variables comprises entre 2 po et 16 pi. Certains sciages requièrent un éboutage à la scierie en raison, entre autres, de la présence de flaches excessives. Ces bois devraient constituer un potentiel intéressant pour la production de composantes de longueurs variables entrant dans la fabrication de fermes de toit. Un changement des pratiques d’éboutage pourrait hypothétiquement contribuer à l’amélioration de la valeur des produits de la scierie et à une meilleure utilisation de la matière première tant pour le scieur que pour le fabricant de fermes de toit. L’objectif du projet consiste donc à évaluer le potentiel de récupération de la portion utilisable des sciages flacheux produits en scierie, pour la fabrication ultérieure de composantes de fermes de toit. Nous avons choisi d’étudier les fermes de toit en raison de leur complexité, de la grande variabilité des éléments structuraux qui les composent, comparativement aux murs et aux systèmes de plancher. Les fermes de toit sont également très populaires auprès des constructeurs d’habitations et des fabricants de systèmes de construction. Le carnet de commandes de fermes de toit, correspondant à trois mois de production, comprenait 219 projets de construction. Nous avons répertorié 5 qualités, 7 largeurs et 2 907 longueurs différentes de composantes pour la réalisation des projets de construction de fermes de toit. Les membrures courtes, inférieures à 7 pi de longueur, représentaient à elles seules 42,7% du volume total des composantes requises. Les simulations effectuées nous indiquent un potentiel de gain en volume de sciages de l’ordre 5,4% pour le scieur désirant récupérer des composantes dans des sciages flacheux. Un fabricant de fermes de toit, qui à son tour consomme ces sciages de longueurs hors standard, pourrait potentiellement réaliser des économies de bois de l’ordre de 4,9% du volume annuel consommé. Une meilleure intégration des processus de découpe du scieur et du fabricant de fermes de toit permettrait donc une réduction potentielle des éboutures générées lors de l’usinage des sciages dans les deux filiales industrielles.

Le sujet de cette thèse s'inscrit dans le cadre des systèmes tolérants aux défauts sous contraintes avec prise en considération de la dégradation des performances. L'objectif principal de ce travail consiste à considérer la gestion des références comme une partie intégrante du système de commande tolérant aux défauts. Dans la littérature, la plupart des méthodes actives de tolérance aux défauts supposent que le recouvrement du système nominal est toujours possible et que les performances nominales sont toujours atteignables. Cette condition est peu réaliste dans la pratique puisque plusieurs éléments empêchent le système reconfiguré de revenir à son mode de fonctionnement nominal. Dans le domaine industriel, l'ensemble des contraintes du système est un handicap majeur qui limite le fonctionnement nominal d'un système à des plages fonctionnelles bien définies. Ces plages fonctionnelles sont énormément réduites après l'apparition de certains défauts dits sévères et qui affectent généralement les actionneurs. Par conséquent, cette hypothèse de recouvrement des performances nominales dans le cas des systèmes sous contraintes limite l'ensemble des défauts traités par ces méthodes classiques à quelques défauts dits mineurs. Afin de remédier a ce problème, une architecture de reconfiguration structurée en deux niveaux est proposée. Le premier concerne les algorithmes classiques de reconfiguration en agissant sur un contrôleur reconfigurable, et le deuxième agit sur le module de gestion des références conçu à base d'un gouverneur de référence avec offset. La connaissance exacte du modèle en post-défaut nécessite un système de détection et diagnostic de défaut qui permet d'estimer l'amplitude de défaut, ce qui conduit à la synthèse d'un observateur adaptatif d'estimation de défaut à base de LMI. Afin de synchroniser le déroulement du processus FTC, deux indices ont été conçus. Le premier indice porte sur le mécanisme de décision permettant de sélectionner le/les niveau(x) de reconfiguration nécessaire(s) à l'accommodation du défaut. Le deuxième indice permet d'évaluer le niveau de dégradation du système « post-défaut ». Une dégradation de performance est toujours admise tant que les consignes de sécurité sont respectées / The subject of this thesis is part of fault tolerant control systems under constraints with consideration of performance degradation. The main objective of this work is to consider the reference management as an integral part of the fault tolerant control system. In the literature, the most active methods of fault tolerance imply that recovery of the nominal system is always possible and that performance ratings are still achievable. This requirement is unrealistic in practice because several factors prevent the system reconfigured back to its nominal operating mode. In industry, the set of system constraints is a major problem which limits the nominal operating of the system to defined functional ranges. These functional ranges are reduced dramatically after the occurrence of some faults known as severe faults that generally affect the capacity of actuators. Therefore, this assumption of nominal performance recovery in the case of systems under constraints limits the set of faults treated with these conventional methods to a few minor faults. To remedy this problem, architecture of reconfiguration structured in two levels is proposed. The first level concerns the conventional reconfiguration algorithms acting on a reconfigurable controller, and the second acts on the module of reference management based on a reference-offset governor. The exact knowledge of the post-fault model requires a fault detection and diagnosis system to estimate the magnitude of fault, which led to the synthesis of an adaptive observer based LMI for estimating fault. To synchronize the FTC process flow, two indices have been designed. The first index refers to the decision mechanism for selecting the reconfiguration level required for the accommodation of the fault. The second index used to evaluate the level of the degradation of the system "post-fault". The performance degradation is still allowed as long as safety instructions are respected

Les avions du futur auront une topologie tout électrique. Pour cela, les constructeurs augmentent la puissance et la tension d'utilisation du réseau d'énergie embarqué. Cependant, le défaut d'arc électrique est un risque qui est souvent la cause d'incidents d'exploitation voire de crash. La contribution de cette thèse porte sur la problématique de l'identification et la détection de défauts électriques sur un réseau de distribution d'énergie de type HVDC ±270VDC destiné à l'aéronautique. Dans ce manuscrit, le premier axe suivi est exploratoire. Il porte sur l'observation du comportement et de la phénoménologie d'arc dans le milieu proche de l'aéronautique (notamment par l'émulation de l'altitude par la pression). Le second axe de recherche porte sur l'analyse, la mise au point et le développement de méthode de détection fiable d'un défaut d'arc électrique par un coeur de distribution d'énergie (SSPC) sur charges résistive et légèrement inductive. Cinq méthodes ont été développées au cours de ce travail de thèse. Elles sont basées sur l'analyse des caractéristiques temporelles, fréquentielles et temps-fréquence du courant de ligne. À l'issue de chaque méthode est produit un indicateur qui est ensuite utilisé par une logique de discrimination dépendant de chaque critère. Le comportement non-déterministe des arcs notamment aux conditions d'expérimentation (courant, tension, matériaux des électrodes, longueur de l'arc, etc.) rendent la détection difficile par un simple seuil sur le résultat des critères. Dans ces travaux, une approche proportionnelle au défaut est proposée pour la discrimination à l'aide de seuils variables selon le courant, la variation de charge ou le bruit électrique du système. Le résultat combiné des méthodes aboutit à une décision de mise en protection. Pour valider expérimentalement les algorithmes proposés, une vaste base de données a été constituée comprenant aussi bien des signaux de nature résistive que selfique avec à la fois des arcs et des variations de charges sans arcs afin de vérifier qu'aucune détection n'opère à tort. Le fruit de ces travaux a été en partie implémenté dans un prototype d'analyse en temps réel de la ligne de distribution / Tomorrow’s aircraft will have an all-electric topology. This mean, manufacturers boost power and voltage of the embedded energy network. Nevertheless, the lack of an electric arc is a risk that is often the cause of the crash or operated occurrences. This thesis contributions concerns identification issue and electric arc fault detection on an energy distribution smart grid of HVDC network dedicated to avionic. The first line of this manuscript is exploratory. It covers behavioural observation and arc phenomenology in the grounded sphere of aeronautic (in particular emulated altitude by pressure). The second line of research deals with analysis, clarification and development of reliable approach of electric arc default detection through a central energy distribution on resistive charges. Five methods have been initiated throughout this thesis paper. They are based on several characteristic (time, frequency and time-frequency) of the line current. An indicator is produced at the end of each method. Subsequently, the indicator is used by a logic of discrimination according to each criterion. The non-deterministic behaviour of arc notably testing conditions (current, voltage, electrode materials, etc. makes detection difficult by a simple threshold on result of criteria. In this work, a new approach of arc fault discrimination is proposed. This used a proportional and variable threshold according to the current, load or noise variations from the system. The combined outcome of method results to a decision providing protection. To confirm experimentally proposed algorithms, a wide range database has been established. That included equally resistive and inductive signals with both arcs and load variations without arc fault so as to ensure that any detection is not mistakenly occurring. The upshot of this research work has been implemented in real time protection device prototype for HVDC +-270V smart-grid