Pour répondre à une demande, toujours croissante, des services multimédias avancés et pour supporter la connectivité électronique partout sur la planète, le développement de systèmes multimédias à large bande ubiquitaires gagne un grand intérêt aux niveaux académique et industriel. Les réseaux satellitaires en général et les constellations de satellites Low Earth Orbit (LEO) plus particulièrement jouent un rôle essentiel dans le déploiement de ces systèmes. Les constellations de satellites LEO telles que "Iridium" ou "Iridium-NEXT" sont extrêmement coûteuses à déployer et à maintenir. Par conséquent, le prolongement de la durée de leur vie est d'une importance cruciale. Dans la partie principale de cette thèse, nous proposons différentes techniques pour prolonger la durée de vie des services satellitaire dans les constellations de satellites LEO. Dans de telles constellations, les satellites peuvent passer plus de 30% de leur temps sous l'ombre de la Terre, temps pendant lequel ils sont alimentés par des batteries. Bien que les batteries soient rechargées par l'énergie solaire, la profondeur de décharge qu'elles atteignent pendant l'éclipse affecte considérablement leur durée de vie et, par extension, la durée de vie des satellites eux-mêmes. Pour des batteries du même type que celles qui alimentent les satellites "Iridium" et "Iridium-NEXT", une augmentation de 15% de la profondeur de décharge peut pratiquement réduire leur durée de vie de moitié. En raison de la nature très uniforme et symétrique des constellations de satellites LEO, il peut y avoir de nombreux chemins alternatifs entre deux noeuds d'un réseau de satellites. La décision relative à l'envoi de données sur un de ces chemins a un effet important sur la durée de vie du réseau. Dans ce contexte, nous nous concentrons tout d'abord sur le routage et nous proposons deux nouvelles métriques de routage, "LASER" et "SLIM", qui tentent de trouver un équilibre entre la performance et la profondeur de décharge de la batterie dans les constellations de satellites LEO. Notre approche de base est de tirer parti du mouvement déterministe des satellites pour favoriser le routage du trafic sur les satellites exposés au soleil plutôt que sur les satellites éclipsés, diminuant ainsi la moyenne de la profondeur de décharge de la batterie, le tout sans pénaliser les performances. Avec l'utilisation d'une topologie LEO réelle et des requêtes de trafic, nous montrons que LASER et SLIM peuvent augmenter la durée de vie de la batterie de près de 75 % et 100 %, respectivement. Ensuite, nous nous occupons de la consolidation des ressources, un nouveau paradigme pour la réduction de la consommation d'énergie. Il consiste à avoir un sous-ensemble, soigneusement sélectionné, de liens réseau à mettre en veille, et à utiliser le reste des liens pour transporter la quantité requise du trafic. Cela est possible sans causer des perturbations majeures aux activités du réseau, étant donné que les réseaux de communication sont conçus pour des périodes de pic de trafic, avec de la redondance, et des ressources surestimées. Comme solutions à ces problèmes, nous proposons deux méthodes différentes pour effectuer la consolidation des ressources dans les réseaux LEO. Premièrement, nous proposons une métrique sensible au trafic pour quantifier la qualité d'une topologie frugal, nommée "MLU". Le problème étant NP-difficile soumis à un seuil "MLU" donné, nous présentons deux heuristiques, "BASIC" et "SNAP", qui représentent différents compromis en termes de performances et de simplicité. Deuxièmement, nous proposons une nouvelle métrique légère n'utilisant pas de trafic pour quantifier la qualité d'une topologie frugal, nommée "ADI". Après avoir montré que le problème de minimisation de la consommation d'énergie d'un réseau LEO soumis à un seuil donné d'ADI est NP-difficile, nous proposons une heuristique nommé "AvOId" à résoudre. / To meet an ever-growing demand for advanced multimedia services and to support electronic connectivity anywhere on the planet, development of ubiquitous broadband multimedia systems is gaining a huge interest at both academic and industry levels. Satellite networks in general and LEO satellite constellations in particular will play an essential role in the deployment of such systems. Therefore, as LEO satellite constellations like Iridium or IridiumNEXT are extremely expensive to deploy and maintain, extending their service lifetimes is of crucial importance. In the main part of this thesis, we propose different techniques for extending satellite service life in LEO satellite constellations. Satellites in such constellations can spend over 30% of their time under the earth’s umbra, time during which they are powered by batteries. While the batteries are recharged by solar energy, the Depth of Discharge (DoD) they reach during eclipse significantly affects their lifetime – and by extension, the service life of the satellites themselves. For batteries of the type that power Iridium and Iridium-NEXT satellites, a 15% increase to the DoD can practically cut their service lives in half. We first focus on routing and propose two new routing metrics – LASER and SLIM – that try to strike a balance between performance and battery DoD in LEO satellite constellations. Our basic approach is to leverage the deterministic movement of satellites for favoring routing traffic over satellites exposed to the sun as opposed to the eclipsed satellites, thereby decreasing the average battery DoD– all without taking a significant penalty in performance. Then, we deal with resource consolidation – a new paradigm for the reduction of the power consumption. It consists in having a carefully selected subset of network links entering a sleep state, and use the rest to transport the required amount of traffic. This possible without causing major disruptions to network activities. Since communication networks are designed over the peak traffic periods, and with redundancy and over-provisioned in mind. As a remedy to these issues, we propose two different methods to perform resource consolidation in LEO networks. First, we propose trafficaware metric for quantifiying the quality of a frugal topology, the Maximum Link Utilization (MLU). With the problem being NP-hard subject to a given MLU threshold, we introduce two heuristics, BASIC and SNAP, which represent different tradeoffs in terms of performance and simplicity. Second, we propose a new lightweight traffic-agnostic metric for quantifiying the quality of a frugal topology, the Adequacy Index (ADI). After showing that the problem of minimizing the power consumption of a LEO network subject to a given ADI threshold is NP-hard, we propose a heuristc named AvOId to solve it. We evaluate both forms of resource consolidation using realistic LEO topologies and traffic requests. The results show that the simple schemes we develop are almost double the satellite batteries lifetime. Following the green networking in LEO systems, the second part of this thesis focuses on extending the resource consolidation schemes to current wired networks. Indeed, the energy consumption of wired networks has been traditionally overlooked. Several studies exhibit that the traffic load of the routers only has a small influence on their energy consumption. Hence, the power consumption in networks is strongly related to the number of active network elements. In this context, we extend the traffic-agnostic metric, ADI, to the wired networks. We model the problem subject to ADI threshold as NP-hard. Then, we propose two polynomial time heuristics – ABStAIn and CuTBAck. Although ABStAIn and CuTBAck are traffic unaware, we assess their behavior under real traffic loads from 3 networks, demonstrating that their performance are comparable to the more complex traffic-aware solutions proposed in the literature.

Les méthodes traditionnelles de dimensionnement à la fatigue s’appuient sur l’utilisation de coefficients dits de “sécurité” dans le but d’assurer l’intégrité de la structure en couvrant les incertitudes inhérentes à la fatigue. Ces méthodes de l’ingénieur ont le mérite d’être simples d’application et de donner des solutions heureusement satisfaisantes du point de vue de la sécurité. Toutefois, elles ne permettent pas au concepteur de connaître la véritable marge de sécurité de la structure et l’influence des différents paramètres de conception sur la fiabilité. Les approches probabilistes sont envisagées dans cette thèse afin d’acquérir ces informations essentielles pour un dimensionnement optimal de la structure vis-à-vis de la fatigue. Une approche générale pour l’analyse probabiliste en fatigue est proposée dans ce manuscrit. Elle s’appuie sur la modélisation des incertitudes (chargement, propriétés du matériau, géométrie, courbe de fatigue) et vise à quantifier le niveau de fiabilité de la structure étudiée pour un scénario de défaillance en fatigue. Les méthodes classiques de fiabilité nécessitent un nombre important d’évaluations du modèle mécanique de la structure et ne sont donc pas envisageables lorsque le calcul du modèle est coûteux en temps. Une famille de méthodes appelée AK-RM (Active learning and Kriging-based Reliability Methods) est précisément proposée dans ces travaux de thèse afin de résoudre le problème de fiabilité avec un minimum d’évaluations du modèle mécanique. L’approche générale est appliquée à deux cas-tests fournis par SNECMA dans le cadre du projet ANR APPRoFi. / Traditional procedures for designing structures against fatigue are grounded upon the use of so-called safety factors in an attempt to ensure structural integrity while masking the uncertainties inherent to fatigue. These engineering methods are simple to use and fortunately, they give satisfactory solutions with regard to safety. However, they do not provide the designer with the structure’s safety margin as well as the influence of each design parameter on reliability. Probabilistic approaches are considered in this thesis in order to acquire this information, which is essential for an optimal design against fatigue. A general approach for probabilistic analysis in fatigue is proposed in this manuscript. It relies on the modelling of the uncertainties (load, material properties, geometry, and fatigue curve), and aims at assessing the reliability level of the studied structure in the case of a fatigue failure scenario. Classical reliability methods require a large number of calls to the mechanical model of the structure and are thus not applicable when the model evaluation is time-demanding. A family of methods named AK-RM (Active learning and Kriging-based Reliability methods) is proposed in this research work in order to solve the reliability problem with a minimum number of mechanical model evaluations. The general approach is applied to two case studies submitted by SNECMA in the frame of the ANR project APPRoFi.

De nos jours, les systèmes distribués sont caractérisés par une complexité croissante de l'architecture, des fonctionnalités et de la charge soumise. Cette complexité induit souvent une perte de la qualité de service offerte, ou une saturation des ressources, voire même l'indisponibilité des services en ligne, en particulier lorsque la charge est importante. Afin d'éviter les désagrèments causés par d'importantes charges et remplir le niveau attendu de la qualité de service, les systèmes nécessitent une auto-gestion, en optimisant par exemple un tier ou en le renforçant à travers la réplication. Cette propriété autonome requiert une modélisation des performances de ces systèmes. Visant cet objectif, nous développons un framework basé sur une méthodologie théorique et expérimentale d'identification automatique de modèle et de dimensionnement, fournissant en premier un modèle de réseau de file d'attente pour un système distribué. Ensuite, ce Modèle est utilisé au sein de notre framwork pour dimensionner le système à travers une analyse ou une simulation du réseau de file d'attente. / Modern distributed systems are characterized by a growing complexity of their architecture, functionalities and workload. This complexity, and in particular significant workloads, often lead to quality of service loss, saturation and sometimes unavailability of on-line services. To avoid troubles caused by important workloads and fulfill a given level of quality of service (such as response time), systems need to self-manage, for instance by tuning or strengthening one tier through replication. This autonomic feature requires performance modelling of systems. In this objective, we developed a framework based on a theoretical and experimental approach for automatic identification process and sizing . This framework provid a queuing model for a distributed system. Then, this model is used in our Framwork to size the system through an analysis or simulation.

Les travaux présentés dans cette thèse portent sur la conception robuste de produit et plus particulièrement sur la phase de pré-dimensionnement dans le cas où un modèle de dimensionnement et un cahier des charges sont déjà définis. Une approche pour réaliser de l’optimisation robuste est proposée pour réduire la dispersion de la fonction objectif du cahier des charges du produit lorsque les paramètres de conception sont sujets aux incertitudes, conserver une bonne performance du produit et assurer une faisabilité des contraintes. Nous proposons ainsi la formulation d’un cahier des charges dit « robuste » transformant la fonction objectif et les contraintes du cahier des charges initial afin d’intégrer une notion de robustesse préalablement définie. La seconde contribution est une analyse des méthodes trouvées dans la littérature pour la propagation d’incertitudes à travers des modèles de dimensionnement. Les variations des paramètres sont alors modélisées par des dispersions probabilistes. L’analyse théorique du fonctionnement de chaque méthode est complétée par des tests permettant d’étudier la précision des résultats obtenus et de sélectionner la méthode utilisée par la suite. L’approche pour l’optimisation robuste de produit proposée dans ce travail est finalement mise en œuvre et testée sur deux études de cas. Elle intègre la méthode de propagation d’incertitudes dans une boucle de l’algorithme d’optimisation de manière à automatiser la recherche d’une solution optimale robuste pour le dimensionnement du produit. / The work presented in this thesis deals with the robust design of products. Particularly, it focuses on the design process preliminary phase where design models and specifications are already defined. A robust optimization approach is proposed. It aims to: reduce the scattering of the objective function included in the product specifications when the uncertainties reach the design parameters, maintain good performance of the product and ensure the constraints feasibility. We propose a new “robust” product specification that changes the objective function and the constraints of the initial specification in order to integrate the concept of robustness previously defined. The second contribution is an analysis of methods found in literature to propagate uncertainties across design models. Design parameter variations are modeled by probability distributions. The theoretical analysis of these methods is completed by numerous tests to investigate the accuracy of the results and to select the method used thereafter. The robust product optimization approach proposed in this work is finally implemented and tested on two case studies. It incorporates the propagation of uncertainties within the optimization loop to automate the search of a robust optimal solution for the design product.

La corrosion de l'acier dans le béton a été identifiée comme la principale cause des détériorations et déficiences structurelles. Les coûts de réparations et réhabilitations aux Etats-Unis, au Canada et dans la majorité des pays européens représentent un pourcentage important des dépenses liées aux infrastructures. En raison de leur résistance à la corrosion, de leur légèreté et d'une grande résistance à la traction, les armatures alternatives en PRF de verre, carbone ou basalte sont étudiées depuis une vingtaine d’années. Les propriétés mécaniques des armatures en polymères renforcés de fibres au comportement élastique diffèrent de celle de l'acier au comportement élasto-plastique. La substitution des armatures métalliques par des PRF va modifier les comportements structuraux généralement observés dans des structures béton armé traditionnelles. Cela va également induire un changement au niveau des calculs de dimensionnement de la structure. En particulier, dans le cas d'une poutre en béton armé standard, la rupture en flexion de la poutre sera habituellement par rupture des armatures en traction dans le cas de l'acier, alors que la rupture par compression du béton sera préférable pour les poutres renforcées par des PRF. L'objectif de cette thèse est une meilleure compréhension du système {béton + armatures en polymères renforcés de fibres} en vue de dimensionner des structures de bâtiment avec ces armatures alternatives. Ces armatures PRF ont déjà été utilisées pour des tabliers de ponts ou des voies de train à sustentation magnétique, mais aucune application pour des bâtiments à part quelques rares cas de construction d'hôpitaux où les pièces attenantes aux salles contenant des appareils magnétiques, tels que l'IRM afin d’éviter les phénomènes de résonance. Même si les renforcements PRF semblent une solution prometteuse vis-à-vis des problèmes de corrosion, les designers et ingénieurs sont confrontés à de nombreuses questions quant à l'utilisation de ces matériaux pour une application bâtiment, que ce soit pour la mécanique des structures ou des aspects économico-environnemental. Cette thèse s'inscrit donc dans la problématique de conception de structures en béton armé innovantes et plus durables / The corrosion of steel elements embedded in concrete was identified as the main cause of structural deteriorations and deficiencies in buildings. Repair and rehabilitation costs in the USA, Canada and most European countries represent a substantial percentage of expenses related to infrastructures. Alternative FRP reinforcements in glass, carbon or basalt have been studied for the past twenty years owing to their resistance to corrosion, their light weight and their considerable tensile strength. The mechanical properties of fiber-reinforced polymers with an elastic behavior differ to the mechanical properties of steel, with an elastic-plastic behavior. This induces a change of the dimension calculations of the structure. In particular, in the case of a standard reinforced concrete beam, the flexural ultimate strength would usually be located in the reinforcements in traction for steel reinforcements, while a crushing failure of the concrete would be preferable in FRP beams. The objective of this thesis is to better understand the system {concrete + fiber-reinforced polymer reinforcements} in view of dimensioning building structures with these alternative reinforcements. These FRP reinforcements have already been used for bridge decks and magnetic suspension train tracks but no applications have been found for buildings except a few rare cases of hospital buildings or rooms adjoined to others containing magnetic apparatus, for example Magnetic Resonance Imagery (MRI), which are reinforced with FRP reinforcements to avoid resonance problems. Even if FRP reinforcements would appear to be a promising solution in terms of corrosion problems, designers and engineers have been confronted with many questions relative to the use of these materials in a building application, both in terms of the mechanics involved for the structures and economic and environmental issues. This thesis is therefore focused on the design aspect of concrete structures comprising innovating and more durable reinforced concrete

Cette thèse s'inscrit dans le cadre de la conception des systèmes mécatroniques et porte, plus particulièrement, sur le dimensionnement de chaînes d'actionnement et les méthodes à mettre en œuvre pour satisfaire le cahier des charges et réduire au mieux le temps de développement. Afin de suivre l'évolution du marché et faire face à la concurrence croissante, les concepteurs ont eu recours au cycle de conception en Vet au prototypage virtuel. Pour réduire davantage la durée du processus de conception, la formulation du problème de conception sous la forme d'un problème inverse est une solution intéressante. Dans ce contexte, le laboratoire Ampère propose une méthodologie de dimensionnement par modèles bond graph inverses. Ainsi, l’objectif de cette thèse est de contribuer au développement de cette méthodologie d'une part dans sa phase de vérification de l'adéquation des spécifications du cahier des charges à la structure retenue pour le modèle de conception et, d'autre part, par la prise en compte des tolérances dans le problème de conception. Pour la phase de vérification de l'adéquation spécifications/structure, le mémoire présente tout d'abord, l’analyse structurelle du cahier des charges qui permet de vérifier, avant toute simulation et à partir du modèle bond graph, si le problème de conception par modèle inverse est bien posé. Différents niveaux d’analyse sont supposés pour renforcer la démarche chronologique du travail de conception ou de reconception proposée par la méthodologie de dimensionnement. Ensuite, ces niveaux d'analyse sont mis à profit pour définir une procédure de vérification de l'adéquation des spécifications, définies sous forme de comportements type, au modèle de conception. En cas d'inadéquation, des recommandations pour la remise en question des spécifications ou de la structure du modèle de conception sont proposées et ce, selon le niveau d'analyse considéré. Au niveau de l'analyse numérique (le niveau d'analyse le plus bas), cette procédure peut être utilisée pour la synthèse paramétrique ou encore pour la synthèse de tolérance en cas de prise en compte des incertitudes dans le problème de conception. Concernant cet aspect, le mémoire présente également une contribution à la représentation des incertitudes paramétriques dans le formalisme bond graph, formalisme de base de la méthodologie de dimensionnement. Enfin, l'approche probabiliste est utilisée pour la modélisation des incertitudes dans la démarche de dimensionnement des systèmes dynamiques par inversion des modèles bond graph : les deux cas d'inversion, entrées/sorties d'une part (pour la remontée de spécifications), et paramètres/sorties d'autre part (pour la synthèse de tolérances paramétriques), sont abordés. Les règles d'exploitation d'un modèle bond graph probabiliste permettant la propagation des fonctions de densité de probabilité et des grandeurs caractéristiques(espérance et variance) tout le long de la structure énergétique du système sont proposées et illustrées par un exemple. / No abstract

Alliant flexibilité de contrôle et bon rendement, les Machines Synchrone à Double Excitation (MSDE) sont de plus en plus investiguées pour diverses applications de petites et moyennes puissances et rarement pour des applications de fortes puissances. Cette thèse a pour objectif l’étude d’un Générateur Synchrone à Double Excitation (GSDE) de forte puissance. Un modèle de comportement a été établi. Des méthodes analytiques et semi-analytiques ont été utilisées pour la modélisation multi-physique de la machine. Ce modèle a été validé, dans un premier temps, par comparaison aux résultats d’un modèle éléments finis.Comparé à un Générateur Synchrone à Pôles Saillants (GSPS), le GSDE offre des solutions plus intéressantes énergétiquement et économiquement, que ce soit en fonctionnement à vitesse constante ou à vitesse variable. Dans le cadre d’un fonctionnement en générateur éolien, l’augmentation du nombre d’encoche par pôle et par phase et l’augmentation de la fréquence d’alimentation contribuent à l’amélioration des performances de la GSDE. Cependant il faudrait tenir compte des impacts sur l’électronique de puissance et le multiplicateur mécanique. En plus, la distribution de Weibull et le bon choix de la plage utile de variation de la vitesse du vent, jouent un rôle important sur le dimensionnement optimal du générateur éolien.Un prototype de GSDE d’une puissance d’1MVA a été dimensionné, optimisé et fabriqué. Tout d’abord, le prototype a servi à la validation du modèle multi-physique. En plus la réalisation des essais sur deux étapes (avant et après le collage des aimants permanents) a montré l’apport énergétique du GSDE par rapport au GSPS / The use of Hybrid Excitation Synchronous Machine (HESM) can widely be extended to any size of power applications in regards to its high efficiency and simplicity of flux control. The aim of this thesis consists to analyze different design constraints and develop optimization processes of a Hybrid Excitation Synchronous Generator (HESG).Analytical and lumped models were used with reasonable level of accuracy and minimum computation time. The model has been validated by comparing the result to those achieved by FEM.The study shows the technical and economical advantages of the use of HESG compare to the conventional Salient Pole Synchronous Generator (SPSG). The comparison between the two generator topologies was considered for constant and variable speed applications such as wind energy. The influence of several parameters such as frequency and the number of slot per pole and per phase was investigated. For the case of wind energy application the study shows the importance of Weibull distribution and the speed range when looking for the optimized generator.In order to validate the multi-physics model, a 1MVA HESG was considered and a prototype produced. To highlight the advantages and performances of HESG generator a test program was carried out into steps. A first set of tests have been made before bounding the permanent magnets and the second set of tests have been made after bounding the permanent magnets

La France possède un patrimoine très riche d'ouvrages d'art et de bâtiments fondés sur des pieux en bois. Les ponts construits sur la Loire, sur la Seine, le château de Chambord ou encore le Grand Palais à Paris en sont quelques exemples. Cependant, malgré un parc français important d'ouvrages bâtis sur des pieux en bois, le retour d'expérience sur la portance résiduelle et l'état de dégradation de leurs fondations est faible et non capitalisé. Les principaux objectifs de ce travail, qui s'intègre dans le projet Pieux Bois, sont d'une part, de définir une méthodologie d'analyse des fondations en bois des ouvrages visant à évaluer leur état de dégradation, et d'autre part, de proposer une méthode de dimensionnement des pieux en bois s'appuyant sur les caractéristiques pressiométriques des terrains. L'état de l'art réalisé dans le cadre de ce projet a permis d'identifier une centaine de ponts français construits sur des pieux en bois entre le Moyen-Âge et l'époque industrielle, principalement situés dans le lit des fleuves et de leurs affluents. Les désordres relevés sur ces ouvrages ainsi que les solutions de confortement mises en œuvre pour assurer leur pérennité ont été établis. La méthodologie d'analyse présentée dans un guide d'inspection des fondations en bois élaboré aux Pays-Bas a été validée lors de l'évaluation de l'état de dégradation des pieux de fondation d'un viaduc ferroviaire situé à proximité de Bordeaux. Les propriétés mécaniques de l'interface entre le sol (limon) et le bois ont été étudiées à partir d'une campagne d'essais en laboratoire à la boîte de cisaillement direct. Des essais de cisaillement d'interface avec le mortier et l'acier ont également été réalisés. L'influence de la rugosité des matériaux et de la teneur en eau du limon sur les propriétés de résistance d'interface a été examinée. Les essais de cisaillement en laboratoire ont été complétés par la réalisation de deux plots expérimentaux sur lesquels des pieux en bois ont été battus et chargés en compression. Les pieux ont été préalablement munis d'un système d'instrumentation accueillant un chapelet d'extensomètres amovibles. Les résultats de ces essais de chargement ont été intégrés dans une base de données d'essais de pieux en bois construite à partir de données publiées dans la littérature. La démarche mise en œuvre pour établir les règles pressiométriques présentées dans la nouvelle norme d'application nationale de l'Eurocode 7 a été reprise et modifiée. Les études statistiques menées à partir de cette base de données ont permis de proposer un modèle de calcul des résistances de pointe et de frottement des pieux en bois battus dans les argiles limons et les sables graves / Many buildings and bridges built on timber pile foundations still stand in France. The bridges on rivers “Loire” and “Seine”, the castle of Chambord, the “Grand Palais” in Paris are a few examples of French monuments founded on timber piles. However, despite a large number of buildings and bridges constructed in France, the feedback on the residual bearing capacity and the degradation of timber piles is scarce. The main objectives of this work, which is part of the “Pieux Bois” national research project, are, on the one hand, to define a methodology in order to analyze timber pile foundations degradation, and on the other hand, to propose a design method of timber piles based on the results obtained from pressuremeter tests. The state of the art made in the national project identified about one hundred French bridges built on timber piles between the Middle Ages and the industrial era. They are mainly located in basins of rivers. Pathologies were observed on bridges and reinforcement solutions were implemented in order to avoid any future problems. The methodology for the inspection of timber pile foundations given in the Dutch guide was applied to investigate the degradation of timber piles under an existing railway bridge near Bordeaux. Series of laboratory tests were carried out on soil (silt) and wood with a direct shear box. The mechanical properties of the interface were studied. Shear tests between mortar, steel and silt were also carried out. The influence of material roughness and silt moisture content on the shear strength properties of the interface was examined. In addition, timber piles were driven and loaded on two experimental sites. The timber piles were instrumented with removable extensometers. The results of these load tests were included in a database which contained timber piles loading test results published in literature. The approach adopted to establish the design method of deep foundation based on the results obtained from pressuremeter tests described in the new national standard for application of Eurocode 7 was modified. A new model of calculation of timber piles shaft and base resistance driven in clay silt and sand gravels was determined with statistical studies from this database

Cette thèse propose la méthodologie de dimensionnement optimal pour optimiser la configuration de système d'énergie hybride. Pour cela, nous utilisons une approche pour la génération de base de règles floues et une optimisation automatiques au moyen d'algorithme génétique et d'un PSO adaptés avec le floue. Ces algorithmes nous permet d'obtenir le nombre optimal de panneaux photovoltaïques, d'éoliennes et des batteries, minimisant le coût total du système et garantissant la disponibilité permanente de l'électricité pour couvrir les besoins énergétiques. L'historique horaire de vitesse du vent, d’ensoleillement, sont utilisés pour modéliser la production des éoliennes, la production photovoltaïque et de charge. Le coût total est la fonction objective et la taille technique est une contrainte. / This thesis proposes the optimum sizing methodology to optimize the configuration of hybrid energy system. For this, we use an approach for automatic fuzzy rule base generation and optimization by means of Fuzzy-Adaptive Genetic Algorithm and fuzzy adaptive PSO. This Algorithms allows us to obtain the optimal number of photovoltaic panels, wind turbines and storages units, ensuring the minimal global high efficiency system total cost and guaranteeing the permanent availability of energy to cover the load energy requirements. Historical hourly wind speed, solar irradiance and load data are used to stochastically model the wind turbines, photovoltaic generation and load. The total cost is the objective function and the technical size is a constraint.

L'objectif de cette thèse est la gestion et le dimensionnement optimaux d'un Système de Stockage d'Énergie (SSE) couplé à une production d'électricité issue d'Énergies Renouvelables Intermittentes (EnRI). Dans un premier temps, un modèle technico-économique du système SSE-EnRI est développé, associé à trois scénarios types d'injection de puissance au réseau électrique : lissage horaire basé sur la prévision J-1 (S1), puissance garantie (S2) et combiné (S3). Ce modèle est traduit sous la forme d'un programme d'optimisation non linéaire de grande taille. Dans un deuxième temps, les stratégies heuristiques élaborées conduisent à une gestion optimisée - selon les critères de fiabilité, de productivité, d'efficacité et de profitabilité du système - de la production d'énergie avec stockage, appelée “charge adaptative” (CA). Comparée à un modèle linéaire mixte en nombres entiers (MILP), cette gestion optimisée, applicable en conditions opérationnelles, conduit rapidement à des résultats proches de l'optimum. Enfin, la charge adaptative est utilisée dans le dimensionnement optimisé du SSE - pour chacune des trois sources : éolien, houle, solaire (PV). La capacité minimale permettant de respecter le scénario avec un taux de défaillance et des tarifs de revente de l'énergie viables ainsi que les énergies conformes, perdues, manquantes correspondantes sont déterminées. Une analyse de sensibilité est menée montrant l'importance des rendements, de la qualité de prévision ainsi que la forte influence de l'hybridation des sources sur le dimensionnement technico-économique du SSE. / This thesis aims at presenting an optimal management and sizing of an Energy Storage System (ESS) paired up with Intermittent Renewable Energy Sources (IReN). Firstly, wedeveloped a technico-economic model of the system which is associated with three typical scenarios of utility grid power supply: hourly smoothing based on a one-day-ahead forecast (S1), guaranteed power supply (S2) and combined scenarios (S3). This model takes the form of a large-scale non-linear optimization program. Secondly, four heuristic strategies are assessed and lead to an optimized management of the power output with storage according to the reliability, productivity, efficiency and profitability criteria. This ESS optimized management is called “Adaptive Storage Operation” (ASO). When compared to a mixed integer linear program (MILP), this optimized operation that is practicable under operational conditions gives rapidly near-optimal results. Finally, we use the ASO in ESS optimal sizing for each renewable energy: wind, wave and solar (PV). We determine the minimal sizing that complies with each scenario, by inferring the failure rate, the viable feed-in tariff of the energy, and the corresponding compliant, lost or missing energies. We also perform sensitivity analysis which highlights the importance of the ESS efficiency and of the forecasting accuracy and the strong influence of the hybridization of renewables on ESS technico-economic sizing.