Le pré-dimensionnement se situe en amont du processus de conception d'un système : à partir d'un ensemble d'exigences, il consiste à déterminer un ensemble de solutions techniques possibles dans un espace de recherche souvent très grand et structuré par une connaissance partielle et incertaine du futur système et de son environnement. Bien avant de penser au choix définitif des composants et au dimensionnement précis du système complet, les concepteurs doivent s'appuyer sur un premier cahier des charges, des modélisations des principaux phénomènes et divers retours d'expériences pour formaliser des contraintes, faire des hypothèses simplificatrices, envisager diverses architectures et faire des choix sur des données imprécises (i.e. caractérisées sous la forme d'intervalles, de listes de valeurs possibles, etc…). Les choix effectués lors du pré-dimensionnement pouvant être très lourds de conséquences sur la suite du développement, il est primordial de détecter au plus tôt d'éventuelles incohérences et de pouvoir vérifier la satisfaction des exigences dans un contexte incertain. Dans ce travail, une méthodologie de vérification des exigences basée sur l'échange de modèles ensemblistes entre donneurs d'ordre et fournisseurs est proposée. Elle s'inscrit dans le cadre d'un paradigme de conception basé sur la réduction d'incertitudes. Après un travail portant sur la modélisation des systèmes mécatroniques, une attention particulière est portée à la prise en compte d'incertitudes déterministes sur des grandeurs continues : des techniques basées sur l'analyse par intervalles telles que la satisfaction de contraintes (CSP), des calculs d'atteignabilité pour des modèles dynamiques de connaissances ou encore l'identification de modèles de comportements ensemblistes sont ainsi mis en œuvre et développés afin d'outiller la méthodologie proposée et contribuer à répondre à l'objectif d'une vérification à couverture garantie. / The pre-sizing takes place upstream to the process of designing a system: from a set of requirements, it consists in determining a set of possible technical solutions in an often very large search space which is structured by the uncertain and partial knowledge available about the future system and its environment. Long before making the final choice and the final sizing of the system components, the designers have to use specifications, models of the main phenomena, and experience feedbacks to formalize some constraints, make simplifying assumptions, consider various architectures and make choices based on imprecise data (i.e. intervals, finite sets of possible values, etc…). The choices made during the pre-sizing process often involving strong commitments for the further developments, it is very important to early detect potential inconsistencies and to verify the satisfaction of the requirements in an uncertain context. In this work, a methodology based on the exchange of set-membership models between principals and suppliers is proposed for the verification of requirements. This methodology is fully consistent with a design paradigm based on the reduction of uncertainties. After a work dedicated to the modeling of mechatronic systems, a special attention is paid to dealing with deterministic uncertainties affecting continuous values: some techniques based on interval analysis such as constraint satisfaction (interval CSP), reachability computations for knowledge dynamic models or identification of set-membership behavioral models are used and developed, so providing a set of tools to implement the proposed methodology and contribute to reach the goal of a verification with a full and guaranteed coverage.

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

Les préoccupations environnementales grandissantes nous ont conduits à faire des efforts pour réduire les émissions de gaz à effet de serre, notamment dans le domaine de la production de l’énergie électrique. C’est dans ce contexte que Leroy Somer a lancé des recherches sur les groupes électrogènes hybrides afin de minimiser la consommation de carburant et les coûts d’exploitations. Pour aborder les questions du dimensionnement des ressources matérielles et de leur utilisation optimale, une méthodologie est développée dans cette thèse. La recherche de la stratégie de gestion de l’énergie optimale est basée sur l’algorithme de programmation dynamique de Bellman. Elle sera associée à un algorithme d’optimisation à évolution différentielle pour optimiser le dimensionnement de la structure hybride. Les fonctions de coûts des optimisations sont obtenues par le développement de modèles énergétiques et économiques. Grâce à cette méthode, nous montrons que les gains d’un groupe électrogène hybride sont fortement liés à l’utilisation que l’on aura de celui-ci. Dans les cas où le groupe électrogène est utilisé sur des profils avec de faibles facteurs de charge, les gains pourront être conséquents. Il sera donc primordial de bien connaitre les profils de charge de l’application avant de dimensionner la structure tout entière du groupe électrogène hybride. Les travaux ont également débouché sur une mise en œuvre expérimentale qui a pu valider les premiers résultats obtenu lors des simulations. / Growing environmental issues and concerns have led to efforts to reduce CO2 and greenhouse effect pollutant emissions in the field of electric power generation. This has led Leroy Somer to investigate systems based on hybrid technologies to reduce genset fuel consumption and operating costs. A methodology is developed in this thesis to address issues of sizing hardware resources and their optimal use. The optimum energy management strategy is based on the dynamic programming algorithm of Bellman. It will be associated to a differential evolution optimization algorithm to optimize the design of the hybrid structure. The objective functions are obtained by developing energetic and economic models. Through this method, we show that the benefits of a hybrid generator are strongly related to its use. In cases where the generator is used on profiles with low load factors, the benefits will be significant. It will be very important to have good knowledge of load profiles applications before sizing the whole structure of the hybrid generator. A prototype of this system has been developed and has confirmed simulation results.

L’objectif de ce travail est de positionner l’imagerie terahertz comme un nouvel outil dédié à la métrologie et au contrôle non destructif. Ses propriétés étonnantes à la fois de forte pénétration dans les matériaux diélectriques et de longueur d’onde de dimension millimétrique voire submillimétrique en font un outil très enthousiasmant pour des applications comme le contrôle non destructif (CND).En premier lieu, nous avons présenté deux techniques d’imagerie : une consistant à déplacer l’objet, point par point, dans un faisceau terahertz focalisé pour reconstruire, pixel par pixel, une image en deux dimensions. L’autre technique repose sur l’utilisation d’un objectif et d’un capteur matriciel à l’état de l’art fonctionnant à température ambiante. Ainsi nous avons imagé des objets d’intérêts, sans déplacement mécanique. Bien que cette dernière technique soit beaucoup plus rapide que l’imagerie point par point, la qualité des images obtenues n’est pas comparable et ceci à cause de deux verrous. Ainsi, une partie du travail a consisté en l’étude des stratégies d’éclairage pour limiter les effets optiques interférentiels induits par la cohérence de la source. De plus, en déployant des simulations de toute la chaine optique avec le logiciel Zemax, de nombreuses images de qualité permettent d’envisager des applications en imagerie 2D (métrologie, CND) et en imagerie 3D. Ainsi, deux techniques complémentaires de reconstruction tomographique sont expérimentées sur des images obtenues en temps réel ; une technique inspirée de l’imagerie par rayon X et une technique utilisée en microscopie optique 3D qui exploite la profondeur de champ réduite de l’objectif. Enfin, plusieurs études spectroscopiques et métrologiques sont menées afin d’évaluer le comportement des matériaux et la dimension des objets à partir de leurs images THz en 2D ou avec leur reconstruction tomographique 3D. Les travaux effectués constituent les briques de base au déploiement de l’imagerie terahertz vers le domaine applicatif grâce à une qualité d’image incomparable et des acquisitions en temps réels. / The aim of this work is to position terahertz imaging as a new tool dedicated to metrology and non-destructive testing. Its astonishing properties of both high penetration in dielectric materials and wavelength millimeter or even submillimetric make it a very exciting tool for applications such as non-destructive testing (NDT).First, we presented two imaging techniques: one to move the object, point by point, in a focused terahertz beam to reconstruct, pixel by pixel, a two-dimensional image. The other technique is based on the use of a lens and a matrix sensor in the state of the art operating at room temperature. Thus we have imaged objects of interest, without mechanical displacement. Although this last technique is much faster than point-by-point imaging, the quality of the images obtained is not comparable and this because of two drawbacks. Thus, part of the work consists in the study of lighting strategies to limit the interferential optical effects induced by the coherence of the source. In addition, by deploying simulations of the entire optical chain with Zemax software, numerous quality images make it possible to consider applications in 2D (metrology, NDT) and 3D imaging. Thus, two complementary tomographic reconstruction techniques are tested on images obtained in real time; a technique inspired by X-ray imaging and a technique used in 3D optical microscopy that exploits the reduced depth of field of the lens. Finally, several spectroscopic and metrological studies are carried out in order to evaluate the behavior of the materials and the dimension of the objects starting from their THz images in 2D or with their 3D tomographic reconstruction. The work done is the foundation for deploying terahertz imagery to the application domain with unmatched image quality and real-time acquisition.

Cette thèse est consacrée à l'optimisation de la logistique sanitaire pour soutenir les plans de gestion de crise afin de réduire les effets des catastrophes naturelles et/ou humaines en termes de santé publique. Les catastrophes naturelles peuvent être prédites, mais elles sont difficiles à éviter. Par conséquence, la prise en charge des victimes potentielles et le dimensionnement des moyens logistiques de secours y afférent sont d'une importance cruciale. Une approche analytique en trois étapes est proposée afin d'étudier le dimensionnement des ressources et l'organisation des plans de gestion de crise (plan blanc) d’origine naturelle. La première étape propose un modèle de référence pour concevoir un plan de gestion de crise. La deuxième étape considère un modèle d’optimisation linéaire pour prédire le nombre de ressources nécessaires. La dernière étape présente un modèle dynamique pour simuler l'ensemble de l’organisation de manière fine. L'évacuation d’un hôpital dans le cadre d’un plan blanc étendu à plusieurs hôpitaux pour faire face à un tsunami fluvial a été considérée comme scénario pour évaluer la justesse de notre approche. Les catastrophes d'origine humaine et la propagation des maladies peuvent donner lieu à des désastres de grande ampleur qui mobilisent de nombreuses ressources humaines et matérielles. Par exemple, un modèle de réponse logistique face à une attaque bioterroriste avec un agent non-contagieux ainsi qu’un modèle pour la réponse logistique aux épidémies ont été proposés. Elles traduisent un problème de gestion d’inventaire multi-échelons et multi-périodes. Ces deux modèles dynamiques de flux requièrent une optimisation linéaire et une optimisation non-linéaire respectivement. Ils intègrent les caractéristiques de la gestion de ces catastrophes: la propagation de l’infection ou de la maladie, les réponses médicales appropriées et le déploiement de la logistique associée. Avec ces deux modèles, le nombre de patients aux différents stades de la maladie et le nombre des ressources médicales nécessaires pour chaque période peuvent être calculés. Les facteurs qui influent sur le nombre de décès et l’efficience des différentes politiques d'intervention médicale, peuvent également être évalués. Les deux modèles peuvent ainsi aider les décideurs à prévoir les conséquences de la situation en cas de catastrophe ainsi que de connaître les informations d'une réponse pertinente, ceci à un niveau stratégique. Une réponse logistique à une attaque bioterroriste anonyme à l'anthrax dans un centre commercial et une réponse logistique à une pandémie H5N1 sont pris comme scénarios pour tester l'efficacité des modèles correspondants. / This thesis is devoted to optimize the health care logistics which can support emergency management plans to reduce the impacts of natural and/or man-made disasters. After the review of relevant papers, two main gaps have been found in the current studies. One is that most of the researches are not based on real cases. The other is that some main characteristics of disasters are neglected when disasters are studied. Therefore, based on real case scenarios, the thesis studies different disasters (natural and/or man-made disasters) separately according to the characteristics of disasters. Natural disasters may be predicted but are difficult to avoid. Therefore, the evacuation of potential victims and the dimensioning of relief resources are crucially important. A three-step approach is proposed to study the resource dimensioning and the organization of emergency management plan (French White Plan) facing natural disasters. In our three-step approach, the first step builds a framework model to get the insights of emergency management plan clearly. The second step establishes a global model (a linear model) to predict the quantity of required resources for evacuation. The third step proposes a detailed simulation model to reflect the real world more precisely. The hospital evacuation under the guidance of a French Extended White Plan in case of a flood has been taken as a real case scenario to test the correctness of our approach. The man-made disasters and the outbreak of diseases can be large-scale disasters which require a high demand of resources. In this thesis, a model for logistics response to bioterrorist attack with a non-contagious agent and another model for the logistics response to epidemics have been proposed. Multi-period and multi-echelon inventory management problems have been studied. The two models (a linear model and a non linear model respectively) combine the main characteristics of disasters: the propagation of the disease, the relevant medical interventions and the logistics deployment together. The number of patients in different disease stages and the required medical resources for each period can be estimated. The factors affecting the number of deaths and the different medical intervention policies can also be evaluated with the two models. With the help of the models, the decision makers can get an idea of the disaster situation and the relevant medical responses from a strategy level. A logistics response to an anonymous bioterrorist attack with anthrax to a shopping center and the logistics response to the outbreak of H5N1 are taken as real case scenarios to test the effectiveness of the models respectively.

La maîtrise des flux de polluants générés par temps de pluie en milieu urbain constitue un enjeu important pour limiter la dégradation des milieux aquatiques superficiels. Face à l’insuffisance des systèmes d’assainissement traditionnels, la gestion à la source des eaux pluviales, dans des dispositifs de stockage à ciel ouvert intégrés au milieu urbain, s’est progressivement imposée comme une solution permettant de réduire de façon significative les flux de contaminants dirigés vers les réseaux ou les milieux récepteurs, en favorisant notamment l’infiltration ou l’évapotranspiration des volumes ruisselés. Bien qu’offrant des perspectives pour la maîtrise des flux de polluants, l’efficacité des solutions mises en œuvre n’est à ce jour pas suffisamment maîtrisée. Ce travail de thèse s’intéresse donc à l’incidence du fonctionnement hydrologique des « techniques alternatives » de gestion à la source du ruissellement et vise en particulier à orienter leur conception pour garantir une meilleure maîtrise de la contamination des eaux pluviales urbaines.Les pratiques actuelles de gestion des eaux pluviales urbaines sont dans un premier temps analysées de manière à identifier les stratégies pouvant être préconisées pour la maîtrise à la source des flux de polluants. Ce travail permet alors de mettre en évidence l’hétérogénéité quant à la traduction de l’objectif de maîtrise des flux de polluants dans les préconisations à destination des aménageurs, qui ne garantissent pas nécessairement la mise en œuvre de solutions permettant de limiter efficacement les rejets de contaminants vers les milieux récepteurs.Une chaîne de modélisation « surface urbaine + ouvrage », destinée à simuler le fonctionnement des dispositifs de gestion à la source des eaux pluviales pour des périodes longues de précipitations, et en considérant des dynamiques variées de production des flux d’eau et de contaminants au niveau des bassins versants d’apport, est par la suite développée afin de préciser l’incidence de différents scénarios de gestion du ruissellement ou de dimensionnement des techniques alternatives sur les flux rejetés vers l’aval. Certaines composantes de cette chaîne de modélisation font l’objet d’un approfondissement, avec l’introduction (1) d’un schéma permettant de simuler l’évolution de l’état hydrique du sol pour mieux rendre compte de la variabilité temporelle des flux d’infiltration et (2) d’un modèle générique destiné à simuler des dynamiques contrastées d’émission des contaminants (matières en suspension lessivées au niveau des chaussées urbaines et zinc dissous au niveau d’éléments de toiture métalliques). Une analyse de sensibilité cette chaîne de modélisation est par la suite réalisée afin de préciser l’incidence de sa paramétrisation et d’évaluer l’importance de certaines hypothèses simplificatrices pour l’estimation de l’efficacité des techniques alternatives.L’intérêt de la chaîne de modélisation développée dans le cadre de ce travail est finalement illustré par la construction d’abaques permettant de relier l’efficacité des techniques alternatives à quelques paramètres de dimensionnement et d’évaluer la pertinence de différents scénarios de gestion du ruissellement. Les résultats, correspondant ici aux conditions météorologiques de la région Ile-de-France, indiquent que l’abattement d’une fraction modeste du ruissellement, grâce à un simple volume mort, pourrait donner lieu à une réduction importante des rejets de contaminants pour les sols de conductivité hydraulique supérieure à 10-6 m.s-1. Dans le cas sols présentant des capacités d’infiltration plus limitées, l’analyse met en revanche en évidence un risque de dysfonctionnement des dispositifs de gestion. Le recours à des solutions « plus diffuses », peu profondes et présentant des surfaces d’infiltration ou d’évapotranspiration importantes, apparaît alors préférable pour garantir des niveaux d’efficacité satisfaisants tout en évitant une sollicitation excessive de l’ouvrage. / Urban runoff discharge is today identified a major source of surface water impairment. In recent years, on-site stormwater control, in small and relatively simple vegetated systems, providing volume reduction through infiltration or evapotranspiration, has become increasingly popular due to the inability of conventional drainage systems to limit the amount of stormwater and pollutant directed to the environment. While such practices clearly offer opportunities to mitigate the adverse effects of urban runoff, their performance remains insufficient and is yet not completely understood. The main purpose of this Ph.D. thesis is therefore to investigate the relation between the hydrological behaviour of these source-control systems and pollutant removal efficiencies so as to provide design tools or guidelines that support practitioners in the implementation of efficient stormwater management practices.Current stormwater management practices are first examined on the basis of a literature review of various guidelines or regulatory documents so as to identify the strategies that may be promoted for on-site pollution control, in France or abroad. This analysis indicates that recommendations can be quite variable depending on the country or the community and do not systematically reflect on-site pollution control objectives, which may result in the implementation of inappropriate stormwater management systems.A modelling system based on the representation of a pervious facility collecting runoff and pollutant loads generated over a small urban catchment, allowing the simulation of different scenarios in terms of urban surfaces characteristics and source-control system design, for long rainfall periods, is later developed to investigate the relation between the hydrological behaviour and the pollutant removal efficiencies of on-site stormwater management practices. An improved description of the hydrological processes in the source control system is adopted with the introduction of an infiltration-redistribution scheme accounting for the evolution of soil moisture so as to better replicate the temporal variability of infiltration fluxes. The opportunity of implementing relatively simple conceptual runoff quality models to simulate distinctive pollutant emission dynamics is also investigated: a generic model formulation is adopted and calibrated to replicate suspended solids concentrations in urban street runoff or zinc concentrations from a metal roof. A sensitivity analysis of the modelling system is later conducted so as to evaluate the influence of the different input factors and better understand the effect of some modelling hypotheses for the assessment of the performance of stormwater source control practices.The practical value of the modelling system is finally illustrated with the production of sizing diagrams displaying pollution control efficiency estimates as a function a limited number of design parameters, from which the relevance of a large variety of runoff control scenarios may be evaluated. The results presented in this study, corresponding to the rainfall conditions encountered in Paris region, suggest that the infiltration or evapotranspiration of a relatively small fraction of runoff in a simple dead storage volume could result in a significant reduction of pollutant discharges for soils exhibiting saturated hydraulic conductivity values greater than 10-6 m.s-1. In the case of lower saturated hydraulic conductivity values, this study however evidences possible failures of source control system due to a limited drainage capacity (extended ponding duration and saturation of the soil profile over significant depths). Results therefore suggest that the implementation diffuse stormwater management practices, with large infiltration/evapotranspiration areas and limited storage depths, should generally be preferred to achieve pollution control and ensure correct hydrological functioning of the source control systems.

La forte consommation des énergies fossiles au niveau mondial entraine une raréfaction de ces ressources et met en danger l'équilibre environnemental global du fait de la pollution qu'elle engendre. D'autres sources d'énergie dites renouvelables se développent afin de proposer un mix énergétique très diversifié et progressivement décarboné. Par exemple, dans un contexte urbain, le solaire photovoltaïque présente de nombreux atouts comme la possibilité de produire de l'électricité de façon décentralisée, l'intégration aisée dans les bâtiments et infrastructures publiques, la réduction des pertes liées au transport de l'électricité, pas de pollution sonore, pas ou peu d'impact sur l'écosystème environnant, etc. Cependant, cette source est très intermittente et difficilement prédictible (diverses échelles de temps liées au passage de nuages, cycle diurne ou cycle saisonnier) et doit être implantée dans des endroits sans ombrage d'infrastructure pour assurer la meilleure production et durée de vie. De plus, sa production n'est généralement pas temporellement en phase avec des profils de consommation de type résidentiel ou tertiaire. Afin de répondre à la problématique d'intégration des énergies renouvelables dans nos réseaux électriques conventionnels, l'usage de moyens de stockage, par exemple de type électrochimique, semble aujourd'hui la meilleure solution, en considérant le coût, la sécurité d'approvisionnement, la maturité technologique et la facilité de mise en œuvre. Ainsi, de nouveaux micro-réseaux constitués de sources décentralisées et d'éléments de stockage apparaissent en concurrence du réseau centralisé conventionnel ou en complément de ce dernier afin d'atteindre de nouveaux objectifs (stabilité accrue du réseau, mode isolé de secours en cas de panne avec possibilité d'aider le redémarrage du réseau principal, remplacement de générateurs diesel auxiliaires, etc.). Parmi les grandes transformations actuelles, les consommateurs de plus en plus acteurs et peuvent injecter tout ou partie du surplus d'énergie produit vers le réseau ou choisir de consommer de l'énergie du réseau selon leurs souhaits. Un nouveau modèle économique se dessine avec la possibilité de voir apparaître de nouvelles tarifications de l'électricité notamment liées aux prestations assurant une plus grande robustesse du réseau. Durant cette thèse, plusieurs années de données de production et de consommation d'un bâtiment photovoltaïque ont été analysées pour définir les contraintes imposées à l'unité de stockage assurant l'équilibre du micro-réseau électrique. Un modèle de performance et de vieillissement a été élaboré pour trois technologies de stockage: batteries plomb- acide, batteries lithium-ion et supercondensateurs. Celui-ci permet le dimensionnement, l'association d'éléments de stockage et la gestion optimale des flux énergétiques au sein du micro-réseau. Divers critères permettant d'évaluer le fonctionnement des micro-réseaux ont également été étudiés comme le coût annuel de l'unité de stockage, le taux d'autoconsommation de l'énergie photovoltaïque, la quantité d'énergie qui n'a pas été fournie au consommateur, etc. Une approche multi-objective, basée sur le concept d'optimum de Pareto, a été mise en œuvre afin d'optimiser les aspects économique, environnemental et d'autonomie de fonctionnement des futurs réseaux électriques distribués. Un démonstrateur basse tension continue de quelques kilowatts a été développé pour valider les différents points étudiés dans cette thèse. / Because of our global high consumption of fossil fuels, these resources are becoming scarce and the environmental equilibrium of the Earth is endangered. Other energy sources are developed in order to build a new diversified and decarbonised energy mix. For example, in an urban context, the solar photovoltaic system has many assets such as the decentralized production of electricity, easy integration in buildings, transportation losses reduction, no sound during production, low environmental impact, etc. However, the production of this energy source is highly varying, difficult to predict (several timescales, from the cloud shadows to seasonal meteorological variations) and not correlated across time with our consumption needs. In order to enable a massive penetration of renewable energy sources in our conventional grid, the use of energy storage systems (e.g. electrochemical storage) seems a promising solution, taking into account the costs, supply security, technological maturity and ease of set up. Hence, new microgrids constituted by decentralized energy sources and energy storage systems have been developed in order to replace or complement the main centralized grid by ensuring some support functions (i.e. enhancement of the grid stability, black-start operation, replacement of diesel generators, etc.). The consumers become actors able to inject a part of all their surplus energy to the main grid, if the operation is accepted by the transmission system operator. A new business model is to define, especially in the case of putting a valuation on the functions that can help the main grid. During this thesis, several years of data from production and consumption of a photovoltaic building have been analysed in order to define the operating profile of an energy storage system that ensures the equilibrium of the microgrid. A behavioural model taking into account the ageing has been made for three storage technologies: lead-acid batteries, lithium-ion batteries, and supercapacitors. It enables the optimal sizing, the hybrid association of storage systems, and the optimal energy management of the microgrid. Several criteria assessing the operation of microgrids have been studied (e.g. annual cost of the storage system, self-consumption rate, loss of load probability, etc.). A multi-objective methodology, based on Pareto optimality, has been developed in order to optimize economic, environmental, and autonomy aspects. A low voltage DC prototype of some kilowatts has been developed for validating the different concepts presented in this thesis.

Les préoccupations environnementales grandissantes nous ont conduits à faire des efforts pour réduire les émissions de gaz à effet de serre, notamment dans le domaine de la production de l’énergie électrique. C’est dans ce contexte que Leroy Somer a lancé des recherches sur les groupes électrogènes hybrides afin de minimiser la consommation de carburant et les coûts d’exploitations. Pour aborder les questions du dimensionnement des ressources matérielles et de leur utilisation optimale, une méthodologie est développée dans cette thèse. La recherche de la stratégie de gestion de l’énergie optimale est basée sur l’algorithme de programmation dynamique de Bellman. Elle sera associée à un algorithme d’optimisation à évolution différentielle pour optimiser le dimensionnement de la structure hybride. Les fonctions de coûts des optimisations sont obtenues par le développement de modèles énergétiques et économiques. Grâce à cette méthode, nous montrons que les gains d’un groupe électrogène hybride sont fortement liés à l’utilisation que l’on aura de celui-ci. Dans les cas où le groupe électrogène est utilisé sur des profils avec de faibles facteurs de charge, les gains pourront être conséquents. Il sera donc primordial de bien connaitre les profils de charge de l’application avant de dimensionner la structure tout entière du groupe électrogène hybride. Les travaux ont également débouché sur une mise en œuvre expérimentale qui a pu valider les premiers résultats obtenu lors des simulations. / Growing environmental issues and concerns have led to efforts to reduce CO2 and greenhouse effect pollutant emissions in the field of electric power generation. This has led Leroy Somer to investigate systems based on hybrid technologies to reduce genset fuel consumption and operating costs. A methodology is developed in this thesis to address issues of sizing hardware resources and their optimal use. The optimum energy management strategy is based on the dynamic programming algorithm of Bellman. It will be associated to a differential evolution optimization algorithm to optimize the design of the hybrid structure. The objective functions are obtained by developing energetic and economic models. Through this method, we show that the benefits of a hybrid generator are strongly related to its use. In cases where the generator is used on profiles with low load factors, the benefits will be significant. It will be very important to have good knowledge of load profiles applications before sizing the whole structure of the hybrid generator. A prototype of this system has been developed and has confirmed simulation results.

Dans le cadre de la conception et de la fabrication des produits industriels, on retrouve principalement les étapes de conception, fabrication et contrôle. Le concepteur défini un tolérancement fonctionnel des pièces en lien étroit avec les procédés de fabrication. L’étape du contrôle des pièces est alors l’étape primordiale permettant la validation du produit fabriqué vis-à-vis des besoins du concepteur. Le sujet de recherche se place dans une optique d’optimisation du processus de contrôle des pièces. Cette étude d’optimisation du processus de contrôle devra se faire à plusieurs niveaux : - Au niveau des coûts liés à l’opération de mesure : lorsqu’un opérateur définit sa gamme de contrôle, il valide si possible l’ensemble de la pièce sur un unique moyen de mesure, même si le moyen de mesure choisi n’est pas le plus adapté. Cette partie de l’étude concerne les concepts de capabilité des moyens de mesures, tant matériels que logiciels. Elle permettra de définir les limites de chaque appareil. L’analyse poussée de l’adéquation entre le tolérancement et les matériels de mesure permet également au contrôleur de définir une stratégie économique de mesure (temps, matériel, …). - Au niveau des innovations techniques à prendre en compte : l’utilisation couplée d’un logiciel de calcul par éléments finis : Abaqus (permettant de modéliser les déformations des pièces lors de leur conformation sur le montage de contrôle), et d’un logiciel de traitement du tolérancement : 3DCS (permettant de valider les effets des dispersions des moyens de contrôle sur le résultat de la mesure : incertitude de mesure). / As part of the design and manufacturing of industrial products, we mainly find the steps of design, manufacture and control. The designer choose functional tolerancing values and specification for a part closely with manufacturing processes. The step of the control of parts is then an essential stage of the validation of the product made with respect to the needs of the designer. The research subject is placed in order to optimize process control parts. This optimization should be done at several levels: - In terms of costs to the measurement process: when an operator sets its control methodology, he validates if possible the entire piece on a unique way to measure it, even if the measurement device selected is not the most appropriate. This part of the study concerns the concepts of capability of measuring devices and calculation methods. It will define the limits of each machine. The analysis of the adequacy between the tolerancing specifications and the measurement tools also allows the controller to define a strategy for economic measurement (time, equipment, ...). - In terms of technical innovations to be taken into account: we will use simultaneously a finite element software, (Abaqus, for modeling the deformations of parts during the control process) and a software for tolerances analysis, (3DCS, to validate the effects of the dispersions of the measurement device over the validity of the result of the measure : measurement uncertainty).

Avec le développement de la production décentralisée d'électricité à partir de sources renouvelables, il est fort probable que les micro-réseaux joueront un rôle central dans les réseaux du futur, non seulement pour réduire les émissions de gaz à effet de serre et maximiser l'utilisation d'énergie produite localement, mais également pour améliorer la résilience du système global. Du fait de l'intermittence et de l'incertitude sur la production renouvelable (par exemple, photovoltaïque ou éolien), des systèmes de stockage de l'énergie doivent être intégrés. Cependant, déterminer leur dimensionnement et comment les contrôler pose plusieurs défis, en particulier parce que le dimensionnement optimal dépend de la stratégie de gestion utilisée, ou encore lorsque différents types d'énergie sont utilisés. Cette thèse contribue à résoudre les problèmes de dimensionnement et de gestion de micro-réseaux électriques et multi-énergies (électricité, gaz, chaleur, froid et/ou hydrogène) intégrant du stockage. Tout d'abord, à l'aide des caractéristiques des différents composants, un modèle mathématique de micro-réseau est développé. Le problème de sa gestion est ensuite formulé comme un problème de programmation linéaire (MILP), utilisant une fonction objectif (minimiser le coût de fonctionnement) et différentes contraintes (puissance maximum, durée de démarrage/arrêt, limites d'état de charge, etc.). Ensuite, une structure permettant une co-optimisation est présentée pour résoudre le problème du dimensionnement à l'aide d'un algorithme génétique. Cette structure permet de explorer l'espace des valeurs de dimensionnement en fonction des résultats de la stratégie de gestion, ce qui permet de tendre vers le meilleur dimensionnement possible pour la stratégie sélectionnée. A l'aide de la méthode ci-dessus, quatre problèmes spécifiques sont étudiés. Le premier s'intéresse au dimensionnement d'un micro-réseau îloté entièrement électrique, combinant stockage par batteries et hydrogène-énergie pour du stockage à court et long terme, respectivement. Les résultats pour deux stratégies de gestion sont comparés : l'approche proposée (MILP) et une stratégie basée sur des règles. Une simulation à horizon glissant d'une heure sur un an est ensuite utilisée pour vérifier la validité du dimensionnement obtenu. Un second problème s'intéresse un à micro-réseau multi-énergies îloté avec différents types de charges. L'influence de trois facteurs sur les résultats du dimensionnement est en particulier étudiée : la stratégie de gestion, la précision des prévisions de consommation et de production renouvelable, ainsi que la dégradation des moyens de stockage. Une troisième partie de la thèse traite du dimensionnement d'un micro-réseau connecté aux réseaux de gaz, électricité et chaleur. La résilience du réseau est étudiée de façon à maximiser la résistance à une panne ou un défaut. La notion de centralité intermédiaire est utilisée pour déterminer le cas le plus défavorable pour une contingence et analyser son impact sur le dimensionnement. Deux systèmes de test de tailles différentes sont utilisés pour valider l'application de la méthode proposée et sa sensibilité à différents paramètres. / With the development of distributed, renewable energy sources, microgrids can be expected to play an important role in future power systems, not only to reduce emissions and maximize local energy use, but also to improve system resilience. Due to the intermittence and uncertainty of renewable sources (such as photovoltaics or wind turbines), energy storage systems should also be integrated. However, determining their size and how to operate them remains challenging, especially as the adopted control strategy impacts sizing results, and for systems considering multiple, interdependent forms of energy. This thesis therefore contributes to solving the sizing and operation problems of full-electric and multi-energy (electricity, gas, heat, cooling and/or hydrogen) microgrids integrating storage systems.First, based on the characteristics of different components, a mathematical model of a microgrid is built. Then, the operation problem is formulated as a mixed integer linear problem (MILP), based on an objective function (minimize the operation cost) and different constraints (maximum power, startup/shutdown times, state-of-charge limits, etc.). Next, a co-optimization structure is presented to solve the sizing problem using a genetic algorithm. This specific structure enables to search for sizing values based on the operation results, which enables determining the best sizing for the selected operation strategy.Using the above method, four specific problems are then studied. The first one focuses on sizing a full-electric islanded microgrid combining battery and hydrogen storage systems for short and long-term storage, respectively. Results for two types of operation strategies are compared: the MILP approach and a rule-based strategy. A one-hour one-year rolling horizon simulation is used to check the validity of the sizing results.Second, a multi-energy islanded microgrid with different types of loads is studied. Specifically, the influence of three factors on sizing results is analyzed: the operation strategy, the accuracy of load and renewable generation forecasts, and the degradation of energy storage systems.Third, the work focuses on a grid-connected microgrid attached to a gas, electricity and heat hybrid network. Specifically, the resilience of the network is considered in order to maximize resistance to contingency events. Betweenness centrality is used to find the worst case under contingency events and analyze their impact on sizing results. Two test systems of different sizes are used with the proposed method and a study of its sensitivity to various parameters is carried out.Fourth, a structure with multiple grid-connected multi-energy-supply microgrids is considered, and an algorithm for determining electricity prices is developed. This price is used for energy exchanges between microgrids and load service entities interacting with the utility. The proposed co-optimization method is deployed to search for the best price that maximizes benefits to all players. Simulations on a large system show that the obtained price returns better results than a basic time-of-use price and helps reduce the operation cost of the whole system. To reduce the computation time, a neural network is presented to estimate the operation of the whole system and enable obtaining results faster with a limited impact on performance. At last, a sizing algorithm for grid-connected multi-energy supply microgrids operating under different prices is presented.The obtained results on these different applications show the usefulness of the proposed method, which is a promising contribution toward the creation of advanced design tools for such microgrids.