Le système de surveillance (HUMS) installé dans les hélicoptères permet d'anticiper les anomalies et de donner la possibilité d'effectuer des tâches de maintenance prédictive avant l'apparition de défauts critiques. Par ailleurs, HUMS est également destiné à détecter la propagation de défauts émergents. Ceci consiste à comparer les caractéristiques vibratoires en vol de l'hélicoptère aux caractéristiques d'un état normal prédéfini. L'inconvénient majeur de cette approche est que les caractéristiques de l'état normal sont relatives au type de l'hélicoptère et changent après les tâches de révision et de maintenance, ce qui nécessite un réapprentissage de ces caractéristiques. Cette étude présente des méthodes d'évaluation de la progression temporelle des signatures vibratoires. L'étude de l'évolution de la signature vibratoire dans le temps permet de détecter des événements comme des interventions de maintenance ou des propagations de défauts sans avoir à définir un modèle de l'état de bon fonctionnement de l'appareil. Des méthodes fondées sur des modèles paramétriques et des bancs de filtres d'analyse vibratoire ont été testées et validées. Finalement, une méthode de détection de défauts a été mise en oeuvre et a donné de meilleurs résultats que les méthodes traditionnelles utilisées.

Dans cette thèse, la conception d’observateurs pour les systèmes singuliers linéaires incertains et leurs applications au contrôle et au diagnostic. En effet, nous avons développé des méthodes de reconstruction d’état et d’estimation de défauts est étudié. Les systèmes algèbro-différentiels ou systèmes singuliers peuvent être considérés comme une généralisation des systèmes dynamiques. Ils constituent un puissant outil de modélisation dans la mesure où ils peuvent décrire des processus régis à la fois par des équations différentielles (dynamiques) et des équations algébriques (statiques). La nouvelle structure d’observateurs utilisée dans cette thèse est nommée l’Observateur Dynamique Généralisé (ODG), elle est plus générale que celle d’Observateurs Proportionnels (OP) et d’Observateurs Proportionnels Intégrals (OPI). Cette structure présente une estimation d’état alternative qui peut être considérée comme plus générale que les OP et les OPI, ceux-ci pouvant être considérés comme des cas particuliers de cette structure. L’approche proposée repose sur la paramétrisation des solutions des équations de Sylvester pour éliminer le biais entre l’erreur d’observation et la paire (entrée état). La thèse est organisée comme suit : Dans l’introduction générale, nous présentons la problématique et les objectifs de la thèse ainsi que les principales contributions. Dans le premier chapitre, nous présentons la classe des systèmes singuliers considérée. Nous faisons des rappels sur l’analyse de stabilité et l’utilisation des outils numériques LMI avec lesquels nous vérifions l’existence de conditions de stabilité. Ensuite, nous présentons les méthodes de reconstruction d’état des systèmes singuliers linéaires à savoir l’ODG, l’OP et l’OPI. Dans le deuxième chapitre, nous présentons en détail la procédure de synthèse d’ODG pour les systèmes singuliers continus avec et sans perturbations. Ensuite, nous faisons une extension aux systèmes singuliers en temps discret avec et sans perturbations. Dans le chapitre 3, nous donnons les conditions d’existence et de stabilité robuste de l’ODG pour les systèmes singuliers à paramètres incertains, où l’incertitude est bornée. Dans le chapitre 4, nous présentons une méthode de synthèse de commande stabilisante par retour d’état basée observateur pour une classe de systèmes singuliers linéaires avec et sans perturbations. Le chapitre 5, est consacré au diagnostic. L’étude que nous avons menée est traitée en deux étapes : La première étape est consacrée à la détection et l’isolation des défauts en utilisant un ODG. Cet observateur génère des résidus qui sont en mesure de représenter seulement la présence d’un défaut, de sorte que nous pouvons localiser des défauts multiples. Enfin, la deuxième étape est consacrée à l’estimation des défauts en utilisant un ODG avec une structure modifiée. Ces approches sont développées pour les systèmes singuliers et pour les systèmes singuliers incertains avec ou sans perturbations. Nous terminerons ce mémoire de thèse par une conclusion générale et quelques perspectives. / In this thesis the observer design for uncertain linear descriptor systems and their applications to control and fault diagnosis is studied. Descriptor systems can be considered as a generalization of dynamical systems. This class of systems include algebraic and differential equations. The observer used in this work has a new structure more general than those presented in the literature. The observer structure proposed has additional degrees of freedom, which provides it robustness in face to variations not considered in the model. The new observer structure used in this thesis, named as generalized dynamic observer (GDO), is designed for different classes of descriptor systems. The asymptotic stability of the observer is proved by Lyapunov analysis through a set of linear matrix inequalities (LMIs). In all cases, the LMI obtained from the Lyapunov analysis is treated by the elimination lemma. The use of the elimination lemma is essential in the development of the stability analysis of the observers, since it allows to obtain the GDO structure. Proportional observers (PO) and proportional-integral observers (PIO) can be considered as particular cases of our observer. The thesis is organized as follows: In the general introduction, the problem formulation is presented, the objectives of the thesis are pointed out, the scope of the investigation and the main contributions are also presented. Chapter 1 introduces descriptor systems as the class of systems considered in this work and presents a review of the state of the art focused on the observers design for these systems. Also we introduce the GDO as an observer with structure more general than that of the PO and the PIO. Chapter 2 develops the GDO for descriptor systems with or without disturbances. Extension of these approaches for discrete-time descriptor systems with or without disturbances are also presented. In Chapter 3, the robust approach of the GDO is treated for parametric uncertain descriptor systems, where the uncertainty is bounded, and for linear parameter varying (LPV) descriptor systems, where the parameters vary inside a polytope. Chapter 4 presents the GDO application to observer-based control with the objective to stabilize descriptor systems that normally are unstable. An extension of this approach to disturbed descriptor systems is also developed. Chapter 5 presents the GDO application to fault diagnosis, which is divided in two parts. The first one is to detect and isolate faults by using a GDO that provides residuals that are able to represent only the presence of one fault, so that we can isolate multiple faults. And the second part is to estimate the faults by using a GDO with a modified structure. These approaches are developed for descriptor systems and for uncertain descriptor systems. The last part is dedicated to general conclusions and some perspectives.

Cette thèse consiste à utiliser des méthodes d’optimisation non lisse à des fins de diagnostic de défauts. Dans un premier temps, afin de surmonter les inconvénients des méthodes classiques, une approche fondée sur l’optimisation non lisse est présentée. Elle permet de résoudre le problème de détection de défauts dans le pire des cas. La rapidité de la réponse résiduelle peut y être intégrée en tant que contrainte. Le diagnostic des systèmes à commutation est ensuite considéré via un générateur de résidus. Dans le cas d’un modèle connu avec certitude, un filtre de détection de défauts robuste aux perturbations est enfin construit. Dans la seconde partie de la thèse, une méthode est proposée afin de concevoir un observateur permettant de détecter des défauts dans un cas général (défaut l_2 borné et inconnu) et dans un cas particulier (défaut spécifique). La synthèse est réalisée en considérant les domaines temporels et fréquentiels. Dans le domaine temporel, l’enveloppe inférieure est utilisée afin de régler la rapidité de la réponse alors que l’enveloppe supérieure permet de régler le taux de fausses alarmes. Une approche active de diagnostic est finalement présentée. Elle consiste à injecter des extra-signaux sur les commandes du système de manière à révéler au mieux la présence de défauts. Les effets des extra-signaux sur les entrées/sorties sont pris en compte tant lors de leur génération que dans la synthèse d’un post-filtre. Deux modèles sont tout d’abord considérés permettant de considérer un fonctionnement normal et anormal du système. Dans le cas de plusieurs défauts, une méthode permettant de les localiser est enfin proposée / This thesis considers the application of nonsmooth optimization approach on several FDI problems. First, to overcome the drawback of classical methods, a nonsmooth optimization approach is proposed to solve a multiobjective fault detection problem in the worst case. An additional constraint of fast transients of residual responses could be added into the design, which could be solved by nonsmooth optimization approach. A framework of designing a unique observer gain and residual weighting matrix is proposed for a system with multiple models. When the exact model is unknown, a new framework of robust fault detection filter and an unchanged threshold are proposed. Second, a method is proposed to design an integrated fault detection observer for general case (unknown l_2 bounded faults and disturbances) and specific case (some specific faults) in frequency and time domain. The lower bound envelope is used to design a fast fault detection observer for the specific faults with a guaranteed ability of fault detection in the worst. By contrast, to decrease false alarms when fault disappearing, a constraint of an upper bound envelope is added into the design. Third, a new framework of active diagnosis with auxiliary signal is proposed. A criterion of peak amplitude is proposed to evaluate the worst effects from the auxiliary signal on the system. The effects of auxiliary signal on the outputs and control signals are considered in the design. The design is firstly shown with a case of two models, which is then extended to multiple models case

Les travaux de recherche traités dans cette thèse s’appuient sur l’expertise des actionsmenées entre l’Agence spatiale européenne (ESA), l’industrie Thales Alenia Space (TAS) et le laboratoirede l’Intégration du Matériau au Système (IMS) qui développent de nouvelles générations d’unités intégréesde guidage, navigation et pilotage (GNC) avec une fonction de détection des défauts et de tolérance desdéfauts. La mission de référence retenue dans cette thèse est la mission de retour d’échantillons martiens(Mars Sample Return, MSR) de l’ESA. Ce travail se concentre sur la séquence terminale du rendez-vous dela mission MSR qui correspond aux dernières centaines de mètres jusqu’à la capture. Le véhicule chasseurest l’orbiteur MSR (chasseur), alors que la cible passive est un conteneur sphérique. L’objectif au niveaude contrôle est de réaliser la capture avec une précision inférieure à quelques centimètres. Les travaux derecherche traités dans cette thèse s’intéressent au développement des approches sur base de modèle de détectionet d’isolation des défauts (FDI) et de commande tolérante aux défaillances (FTC), qui pourraientaugmenter d’une manière significative l’autonomie opérationnelle et fonctionnelle du chasseur pendant lerendez-vous et, d’une manière plus générale, d’un vaisseau spatial impliqué dans des missions située dansl’espace lointain. Dès lors que la redondance existe dans les capteurs et que les roues de réaction ne sontpas utilisées durant la phase de rendez-vous, le travail présenté dans cette thèse est orienté seulementvers les systèmes de propulsion par tuyères. Les défaillances examinées ont été définies conformément auxexigences de l’ESA et de TAS et suivant leurs expériences. Les approches FDI/FTC présentées s’appuientsur la redondance de capteurs, la redirection de contrôle et sur les méthodes de réallocation de contrôle,ainsi que le FDI hiérarchique, y compris les approches à base de signaux au niveau de capteurs, les approchesà base de modèle de détection/localisation de défauts de propulseur et la surveillance de sécuritéde trajectoire. Utilisant un simulateur industriel de haute-fidélité, les indices de performance et de fiabilitéFDI, qui ont été soigneusement choisis accompagnés des campagnes de simulation de robustesse/sensibilitéMonte Carlo, démontrent la viabilité des approches proposées. / The work addressed in this thesis draws expertise from actions undertaken between the EuropeanSpace Agency (ESA), the industry Thales Alenia Space (TAS) and the IMS laboratory (laboratoirede l’Intégration du Matériau au Système) which develop new generations of integrated Guidance, Navigationand Control (GNC) units with fault detection and tolerance capabilities. The reference mission isthe ESA’s Mars Sample Return (MSR) mission. The presented work focuses on the terminal rendezvoussequence of the MSR mission which corresponds to the last few hundred meters until the capture. Thechaser vehicle is the MSR Orbiter, while the passive target is a diameter spherical container. The objectiveat control level is a capture achievement with an accuracy better than a few centimeter. The research workaddressed in this thesis is concerned by the development of model-based Fault Detection and Isolation(FDI) and Fault Tolerant Control (FTC) approaches that could significantly increase the operational andfunctional autonomy of the chaser during rendezvous, and more generally, of spacecraft involved in deepspace missions. Since redundancy exist in the sensors and since the reaction wheels are not used duringthe rendezvous phase, the work presented in this thesis focuses only on the thruster-based propulsionsystem. The investigated faults have been defined in accordance with ESA and TAS requirements andfollowing their experiences. The presented FDI/FTC approaches relies on hardware redundancy in sensors,control redirection and control re-allocation methods and a hierarchical FDI including signal-basedapproaches at sensor level, model-based approaches for thruster fault detection/isolation and trajectorysafety monitoring. Carefully selected performance and reliability indices together with Monte Carlo simulationcampaigns, using a high-fidelity industrial simulator, demonstrate the viability of the proposedapproaches.

Au-delà des performances économiques classiques, les entreprises sont confrontées aussi aujourd'hui à des exigences plus sociétales liés à la sécurité des hommes et des matériels, à la protection de l'environnement et à la réduction des nuisances ... afin de faire face efficacement aux impératifs du marché et des réglementations, aux besoins des clients mais aussi aux nécessités du développement durable. La maîtrise simultanée des ces performances considérées comme contradictoires et donc très difficiles à gérer, est ainsi devenue un enjeu stratégique pour améliorer la performance globale de l'entreprise. Cet enjeu se décline concrètement au niveau opérationnel du système industriel par le concept de maintien en condition opérationnelle (MCO) dont la finalité est d'assurer principalement le bon fonctionnement du système tout au long de la phase d'exploitation.<br />Par rapport aux différentes composantes du MCO, notamment le soutien technique et le soutien logistique, ces travaux de thèse, initiés dans le cadre d'un partenariat avec l'INRETS, se restreignent au contexte du processus pivot du soutien technique: le processus de maintenance. Ce processus est considéré actuellement comme l'un des principaux leviers d'action sur la performance globale des systèmes industriels avec cependant encore de nombreuses problématiques scientifiques à résoudre pour en garantir son optimisation.<br />Par conséquent les propositions défendues scientifiquement dans cette thèse, et qui s'adossent au contexte industriel du MCO des rails à la RATP, portent globalement sur une contribution au processus de maintenance en se focalisant plus précisément sur les sous processus complémentaires de diagnostic et d'aide à la décision. En effet, une première contribution a pour objet de proposer le développement d'un système de diagnostic (de détection de rail cassé) basé sur une nouvelle approche permettant de fusionner des connaissances a priori avec des résultats du traitement des mesures réelles issues de capteurs. Une deuxième contribution propose deux approches originales d'aide la décision en maintenance des systèmes à n-composants permettant de réduire le coût global de possession (Life Cycle Cost: LCC) d'un système complexe à partir d'une modélisation de la dégradation des composants, et en intégrant simultanément plusieurs types de dépendances telles que les dépendances fonctionnelles et économiques. Ces deux dernières approches portent sur les politiques de maintenance préventive, et plus particulièrement sur la maintenance conditionnelle et prévisionnelle.<br /><br />Contexte et problématique industriels de la thèse<br />Le rail est un organe vital dans le transport ferroviaire. Sa sûreté et sa maintenance conditionnent le bon fonctionnement de tout le réseau de transport. Les exploitants ferroviaires, ayant pour priorité d'assurer la sécurité et le bien-être des passagers, accordent un intérêt de plus en plus particulier à cet organe de l'infrastructure. En effet, l'accroissement de la vitesse des trains, de la densité du trafic, des charges par essieux et de la puissance des engins moteurs ont pour conséquence d'exercer sur les voies ferroviaires des sollicitations toujours plus grandes qui peuvent, à la longue, mettre en cause l'intégrité des rails. Le maintien en conditions opérationnelles de cet organe est devenu donc une préoccupation majeure des exploitants ferroviaire.<br />Par exemple bien que l'occurrence des fissures soit rare sur le métro parisien, la RATP a étudié de près les effets de ces ruptures sur plusieurs plans: mécanique, électrique, économique et sécuritaire, et a mis en évidence la nécessité de concevoir un nouveau système automatique de détection qui permet de remplacer la fonction de détection de rail cassé assurée auparavant par le circuit de voie (CdV).<br />Dans ce cadre, un capteur à courants de Foucault a été développé par l'INRETS en partenariat avec la RATP dans le cadre du programme national de recherche et d'innovation dans les transports terrestres. Ce dispositif doit assurer une détection de défauts de rails sans contact avec des contraintes électrique, mécanique, de positionnement, de pollution, etc. Ce système avait pour but initial la détection des fissures débouchantes. Étant capable de détecter aussi toute modification de la géométrie de la surface de rail, ou de ses caractéristiques magnétiques, le capteur permet en plus de relever quelques irrégularités sur la voie autre que les ruptures. Un étiquetage de ces points a été mis en œuvre ce qui offre au système de diagnostic, lors du passage du véhicule auquel il est adjoint, la possibilité d'identifier des points singuliers tels que les joints ou les écailles qui sont une source d'information très utile pour la mise en œuvre d'une maintenance plus dynamique et donc plus optimale. <br />En effet à l'heure actuelle, les actions de maintenance des voies ferrées sont essentiellement correctives ou sont exécutées à intervalles de temps prédéterminés. Dans ses études, la RATP a conclu que ces deux types de politiques sont trop coûteux et peu sûrs, et a mis en évidence le besoin d'évoluer vers de nouvelles stratégies de maintenance pour assurer à la fois la sécurité et la disponibilité des installations à moindre coût. Par ailleurs, des études récentes ont montré que la prise en compte d'un certain nombre de paramètres significatifs de la dégradation de rails devait permettre d'affiner les politiques de maintenance et, ainsi, d'améliorer la qualité de service, la disponibilité, la sécurité et les coûts. Pour aboutir à cette finalité, la maintenance des rails ne doit plus être limitée à la seule vision du composant (portion de rail) siège de la défaillance, mais à l'étude du système dans sa globalité (système à n-composants). Les décisions relatives à la maintenance ne peuvent donc plus être isolées de leur contexte et doivent s'inscrire dans un lien plus fort entre surveillance – diagnostic et aide à la décision. <br />Sur la base de ce double constat industriel en diagnostic et décision, les travaux de recherche menés dans cette thèse ont pour objet, relativement au contexte RATP, d'investiguer de nouvelles orientations pour les politiques de maintenance des rails permettant à la fois de corriger efficacement les défauts (maintenance corrective), et de les anticiper (maintenance préventive) en suivant des prévisions extrapolées de l'analyse et de l'évaluation des paramètres significatifs de la dégradation des rails (informations issues du diagnostic). Ces approches doivent se baser essentiellement sur les aspects d'optimisation des coûts liés à la maintenance et à ses conséquences.<br /><br />Approche proposée<br />Face à la problématique industrielle RATP genèse de cette thèse, la démarche scientifique mise en œuvre se décline naturellement en deux phases complémentaires. Tout d'abord, il s'agit d'améliorer le système de diagnostic existant (capteur à courants de Foucault) pour la détection des défauts afin de garantir des résultats fiables sur l'état de dégradation des rails. Dans ce cadre, nous proposons une méthode de diagnostic originale se basant sur une fusion de deux sources d'informations de natures différentes : Approche Locale et Approche Globale. La deuxième phase de cette étude consiste ensuite à donner deux nouvelles approches pour contribuer à l'optimisation de la maintenance conditionnelle et prévisionnelle des systèmes formés par plusieurs composants en tenant compte de certains type de dépendances, notamment économique et fonctionnelles<br />Organisation du Rapport<br />Cette démarche se développe dans le mémoire sous la forme de 4 chapitres :<br />- Le premier chapitre permet de définir globalement le processus de maintenance à la fois d'un point de vue général mais aussi relativement au contexte industriel. A partir de l'état de l'art sur les différentes politiques de maintenance, sont isolés de façon plus précise les processus clés de diagnostic et d'aide à la décision. Un premier constat est fait aussi sur les insuffisances des politiques de maintenance utilisées actuellement par l'exploitant ferroviaire RATP et la nécessité de proposer des nouvelles politiques qui sont plus efficaces et moins coûteuses. Ce constat permet de positionner le contexte de nos contributions et de les justifier.<br />- le deuxième chapitre est consacré à l'étude du sous processus de diagnostic. Son objectif est d'expliquer la procédure de mise en œuvre de l'approche locale que nous proposons. En ce sens ce chapitre est structuré en trois grandes parties. La première partie est consacrée à présenter et analyser les données fournies par la RTAP décrivant la structure des voies. A l'issue de cette étape, un état de l'art des méthodes d'analyse et de traitement de ces données est réalisé dans l'optique de choisir la meilleure alternative. La mise en œuvre de la méthode choisie est décrite ensuite en fin du chapitre 2.<br />- Le troisième chapitre complète le deuxième et présente une généralisation des outils utilisés pour la mise en œuvre de l'approche locale, puis il explique la procédure de fusion entre l'approche locale et l'approche globale.<br />- Enfin, le dernier chapitre est consacré au développement d'une démarche générique, basée sur une combinaison des réseaux bayésiens dynamiques et des processus décisionnels de Markov, pour l'optimisation de la maintenance conditionnelle et prévisionnelle des systèmes à N-composants.<br /><br />En synthèse, notre proposition fournit un cadre de modélisation théorique contribuant à l'optimisation du LCC d'un système tout en intégrant différents types de dépendances entre ses composants. La mise en œuvre de notre proposition est déroulée, dans un premier temps, sur un exemple illustratif puis appliquée en dernière étape dans le cadre de la maintenance des rails.

Le premier chapitre présente un état de l'art sur le sujet traité. Il s'intéresse à introduire la classe des systèmes singuliers. Ces systèmes constituent un puissant outil de modélisation dans la mesure où ils peuvent décrire des processus régis à la fois par des équations dynamiques et des équations statiques. Ce formalisme est ainsi particulièrement adapté à l'étude des systèmes interconnectés, soumis à des contraintes physiques statiques et présentant des comportements impulsifs. Plusieurs résultats fondamentaux relatifs à la localisation et à l'analyse des systèmes singuliers linéaires, à paramètres variants ou non linéaires sont ainsi rappelés. Le deuxième chapitre est consacré au problème d'approximation des systèmes singuliers à paramètres variants et non linéaires par une représentation multi-modèle. Cette approche permet de présenter un processus dynamique non linéaire comme une combinaison d'un ensemble de modèles linéaires ou a nes valables dans des zones de fonctionnement. Les différentes structures les plus utilisées (modèles locaux couplés et découplés) sont décrites. L'analyse de la stabilité des multi-modèles a été considérée. Une méthode de synthèse de deux types d'observateurs pour les systèmes singuliers multi-modèles et LPV polytopique est aussi introduite. Le problème de diagnostic des systèmes singuliers non linéaires par approche multimod èles et des systèmes singuliers à paramètres variants polytopiques est abordé dans le troisième chapitre. Trois méthodes à base d'observateurs sont alors proposées. La première approche repose sur l'utilisation d'un multi-observateur à entrées inconnues assurant un découplage partiel de l'estimation des défauts. La deuxième méthode est inspirée du probl ème standard de commande H∞. Elle est basée sur la minimisation de l'influence des entrées inconnues et la maximisation de l'in uence des défauts sur les résidus, ce qui revient à l'étude d'un problème multiobjectifs. La troisième méthode est basée sur l'utilisation d'un multi-observateur Proportionnel Intégral (PI). Cette approche est utilisée avec les systèmes singuliers à paramètres variants. Elle permet moyennant un banc de générateurs de résidus, de fournir directement une estimation des défauts et par suite leur détection et localisation.

L'intérêt principal des canaux d'irrigation est d'assurer une bonne distribution de l'eau aux usagers tout en préservant la ressource en eau. L'automatisation des ouvrages de régulation des canaux a largement contribué à l'amélioration de la gestion de l'eau. La commande automatique d'un canal consiste à agir sur l'ouverture et la fermeture des vannes suivant les données issues des différents instruments de mesures placés sur le canal. Le bon déroulement du processus de commande exige que ces mesures soient fiables. En pratique, ces mesures sont souvent entachées de bruits ou encore d'erreurs. Ces erreurs sont généralement l'effet de défauts dans les capteurs ou actionneurs. Il est par conséquent impératif de munir le canal d'un système de supervision permettant de détecter et de localiser ces défauts.<br /><br />Nous développons dès lors une méthodologie de détection et de localisation des défauts dans les canaux d'irrigation. Cette méthodologie s'appuie sur les techniques de réconciliation de données et de diagnostic à base d'observateurs. La première partie est consacrée à l'application de la réconciliation de données sur un site réel du Canal de Gignac. Les canaux d'irrigation étant des systèmes à retards, la deuxième partie de ce travail porte sur l'extension des méthodes de diagnostic à base d'observateurs pour systèmes à retards.

Parmi les méthodes de diagnostic de défauts issue de l'automatique, la méthode des filtres résiduels permet de synthétiser des filtres générant des signaux (dits résidus) qui sont utilisés à des ns de détection de défauts. Dans notre approche, les filtres résiduels sont obtenus à partir d'observateurs réduits. L'objectif decette thèse est de synthétiser des observateurs et de mettre en évidence leur application à la détection de défauts pour les systèmes non linéaires. Ce mémoire est réparti en deux parties. Dans la première partie, deux contributions ont été présentées. La première concerne les observateurs à entrées inconnues pour les systèmes affines en l'état modulo une injection de sortie. L'approche proposée est une combinaison des techniques de découplage géométrique et des observateurs non linéaires. Des conditions suffisantes ont été données accompagnées d'un algorithme permettant de concevoir un observateur à entrées inconnues permettant d'estimer une partie de l'état indépendamment de la connaissance de certaines entrées. La deuxième contribution consiste à caractériser la classe des systèmes non linéaires qui se transforment en des systèmes en cascade pour lesquels un observateur peut être conçu. Tout d'abord, des conditions nécessaires et suffisantes théoriques ont été données, ensuite un algorithme permettant de calculer ces transformations (diéomorphismes) a été proposé. Enfin, l'ensemble de tous ces difféomorphismes a été caractérisé en montrant que ce dernier est une orbite d'une action d'un groupe particulier sur l'ensemble de tous les difféomorphismes. La deuxième partie de cette thèse concerne la synthèse d'un filtre polytopique Linéaires à Paramètres Variants (LPV) permettant de détecter, isoler et estimer de multiples défauts capteur. L'avantage de ce filtre est de générer deux types de résidus : l'un étant sensible aux défauts et l'autre insensible. Le résidu insensible est utilisé pour fournir une information qualitative supplémentaire de l'efficacité du filtre. La stabilité de ce dernier est analysée au moyen d'Inégalités Matricielles Linéaires (LMI) / Among the faults diagnosis methods, the method of residual filters allows to synthesize filters generating signals ( called residues) that are used for fault detection. In our approach, the residual filters are obtained from reduced observers. The objective of this thesis is to synthesize observers and highlight their application to fault detection for nonlinear systems. This thesis is divided into two parts. In the first part, two papers were presented. The rst one relates to the unknown input observers for state ane systems modulo an output injection. The proposed approach is a combination of geometric decoupling techniques and nonlinear observers. We have given sufficient conditions with an algorithm for designing an unknown input observer to estimate a part of the state without the knowledge of some inputs. The second contribution consists to characterize the class of nonlinear systems which can be transformed into cascade systems for which an observer can be designed. First, necessary and sufficient theoretical conditions were given, then an algorithm to compute these transformations (diffeomorphisms) was proposed. Finally, the set of all dieomorphisms was characterized by showing that it is an orbit of an action of a particular group on the set of all dieomorphisms. The second step of the thesis deals with the synthesis of a polytopic Linear Parameter-Varying (LPV) filter to detect, isolate and estimate multiple sensor faults. The advantage of this lter is to generate two types of residuals : one being sensitive to faults and the other is insensitive. The insensitive residual is used to generate an additional qualitative information of the filter efficiency. The stability of the latter has been performed using Linear Matrix Inequality (LMI)

Aujourd'hui, les réseaux de communications sont largement utilisés pour relier les points de ressources, qui permettent la transmission de données à distance, de réduire la complexité dans le cadre de câblage et les coûts de support et de fournir l'aise dans la maintenance. En raison de ces avantages, les réseaux ont été introduits dans les systèmes automatiques au cours de ces dernières décennies et de nouveaux protocoles de réseau industriel ont été également développés pour assurer le contrôle à distance. Les systèmes contrôlés en réseau SCR (Networked Control System NCS) sont des systèmes automatiques traditionnels où les actionneurs, les capteurs, les contrôleurs et des autres composants sont distribués autour d'un réseau de communication, qui peut être partagé ou non avec d'autres applications. Les données de commande et de diagnostic sont échangées entre les composants du système (capteur, contrôleur, actionneur) via ce réseau partagé. Cette nouvelle architecture de système de contrôle introduit des problèmes originaux, en termes de retard variable affectant la transmission, des pertes de paquets, etc. Dans l'objectif de maintenir de bonnes performances du module de diagnostic face à des éventuelles variations introduites par le réseau, il est intéressant d'introduire des nouvelles approches. Nous avons rapporté les résultats relatifs aux techniques d'estimation optimale à base de filtre de Kalman, de façon à constituer un document aussi complet que possible traitant la génération de résidus et l'isolation des défauts dans SCR. Notre contribution consiste, dans un premier temps, à développer un modèle d'état d'un système contrôlé via un réseau. En deuxième temps, nous proposons un générateur de résidus en se basant sur les hypothèses simulant le retard induit par le réseau. Finalement, nous développons un filtre isolateur pour identifier directement les défauts affectant les actionneurs dans un SCR.

Cette thèse porte sur le diagnostic des défauts dans des Systèmes à Evènements Discrets (SED) pour lesquels l’occurrence des événements est soumise à des contraintes temporelles. Les domaines d’application potentiels sont nombreux et variés allant de la production manufacturière aux systèmes de transport en passant par les réseaux de communication et les systèmes d’information. La complexité croissante de ces systèmes nécessite l’élaboration de méthodes de surveillance de plus en plus efficaces et performantes pour garantir leur sécurité, leur disponibilité ainsi que le maintien de leurs propriétés dans le temps. Les réseaux de Petri Stochastiques Temporisés Partiellement Observés (RdPSTPO) sont utilisés pour modéliser le système ainsi que les défauts qui peuvent l’affecter. L’étude concerne particulièrement les défauts qui se traduisent par la violation des contraintes temporelles. Une exploitation pertinente des informations temporelles, en vue du diagnostic, constitue la contribution majeure de la thèse. En effet, une meilleure utilisation de ces informations permet de discerner avec précision les différents comportements qui expliquent les mesures. De plus, la probabilité d’occurrence des défauts est calculée en fonction des dates des mesures collectées. Deux approches sont développées : la première est dédiée aux défauts ponctuels et la seconde aux dérives lentes dans les systèmes cycliques. / This PhD thesis deals with the fault diagnosis of Discrete Event Systems (DES) for which the occurrence of events is constrained by temporal specifications. The domain of application is large and varied ranging from manufacturing systems to transportation systems, communication networks and information systems. The increasing complexity of these systems requires the development of effective and efficient monitoring methods to ensure their security, availability and the maintenance of their properties over the time. For that purpose, Partially Observed Stochastic Timed Petri Nets (POSTPN) are used to model the system and the different faults that may affect it. The study is particularly concerned with faults that result after the violation of temporal constraints. Our main contribution in this thesis is the relevant exploitation of the timed information for the fault diagnosis. In fact, a better use of these temporal informations allow to discern with precision the different behaviors that are consistent with the measurements. In addition, the probability of faults occurrence is evaluated according to the dates of collected measurements. Two approaches are developed : the first one is used for single faults and the second one for slow drifts in cyclical systems.