Cette thèse s'intéresse au problème de la prédétermination des avalanches par couplage entre modélisation numérique et données historiques. L'assemblage s'effectue grâce au formalisme bayésien hiérarchique. La modélisation stochastique, l'inférence du modèle et la prédiction des aléas de référence sont clairement distinguées. L'échelle d'étude est tout d'abord celle d'un site avalancheux. Trois jeux d'hypothèses correspondant à différents compromis entre disponibilité des données et description de la propagation de l'avalanche sont proposés. L'incertitude liée à la méconnaissance du phénomène est combinée avec sa variabilité intrinsèque pour obtenir la loi de probabilité prédictive de la période de retour associée à n'importe quelle distance d'arrêt. Les distributions des autres variables caractérisant l'aléa sont également étudiées. Une analyse de sensibilité aux différentes hypothèses de modélisation est proposée. La prédétermination des fréquences avalancheuses sur des sites peu documentés et en contexte non stationnaire est ensuite traitée à l'échelle communale avec un modèle spatio-temporel. Celui-ci permet de quantifier les variations des occurrences avalancheuses dans les Alpes françaises au cours des soixante dernières années. Enfin, le problème du dimensionnement d'un ouvrage de protection est abordé. Le modèle stochastique est complété par les effets sur l'écoulement avalancheux d'une digue verticale et par une fonction de coût permettant l'optimisation de la hauteur de l'ouvrage. Le risque bayésien permet de ne pas séparer inférence et décision en prenant en compte l'erreur d'estimation pour le dimensionnement.

La pile à combustible (PAC) produit de l'énergie électrique à partir d'hydrogène et d'oxygène sans rejets de polluants. Son utilisation dans le secteur automobile est donc envisagée à long terme pour répondre au problème de mobilité durable. Dans un véhicule hybride à PAC, la motorisation électrique est alimentée par une pile à combustible assistée par une source secondaire d'énergie (SSE). Cette source secondaire d'énergie est composée soit de batteries, soit de supercondensateurs. L'architecture hybride obtenue offre un degré de liberté dans la gestion des flux énergétiques et dans le dimensionnement du groupe motopropulseur. La répartition de puissance optimale entre la PAC et la SSE est obtenue grâce à des algorithmes d'optimisation globale qui minimisent la consommation d'hydrogène pour un parcours routier connu a priori. Les résultats obtenus avec ces algorithmes servent d'expertise et de référence de consommation mais sont inapplicables en temps réel. Ici, une stratégie de commande temps réel, nécessairement sous-optimale, a été construite à partir l'algorithme de commande optimale. La consommation d'hydrogène est également influencée par le dimensionnement de la PAC et de la SSE. Celui-ci doit garantir un confort de conduite acceptable (vitesses, accélérations) sans pénaliser les performances énergétiques du véhicule ; un outil d'aide au dimensionnement est nécessaire et proposé dans ce mémoire. Enfin, les approches théoriques développées dans cette thèse sont illustrées par des mises en applications sur des exemples concrets (prototype PAC-Car II, prototype Hy-Muve, banc d'essai).

La conception des produits techniques requiert la participation de plusieurs experts de disciplines différentes et des compétences complémentaires. Le dimensionnement représente une phase importante de l'activité de conception en génie électrique. Il consiste à optimiser les caractéristiques géométriques et techniques du produit en fonction des contraintes définies dans le cahier des charges. La construction collaborative à distance d'un compromis acceptable par tous est une activité complexe qui nécessite la mise en place d'un processus de d'échange, d'argumentation et de négociation inter-métier. Dans le but d'assister les concepteurs durant cette activité complexe, nous proposons dans ce mémoire un environnement d'aide au dimensionnement collaboratif à distance : CoSTo (Collaborative Specification Tool). Il s'agit du résultat d'une démarche originale dans le domaine du génie électrique qui consiste à analyser les besoins des concepteurs dans des situations réelles de coconception. CoSTo apporte par ses différentes fonctionnalités et la démarche d'optimisation globale qu'il instrumente une aide pour gérer et intégrer les interdépendances inter-métier

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

Les travaux présentés ici portent sur le dimensionnement et l’étude d’une machine à réluctance variable excitée par un courant continu homopolaire de type``Lyndell´´. De telle structure connaît un regain d’intérêt avec de nouvelles topologies pour des applications spécifiques. Dans le cas des travaux présentés, l’application visée est la conversion d’énergie éolienne avec un stockage inertiel. Cette machine a une bobine d’excitation qui est solidaire du stator et située entre les pôles saillants. Le rotor est massif et comporte deux paires de pôles dont les axes polaires peuvent être parallèles ou perpendiculaires. Le stator possède deux enroulements sur deux demi-stators de machine classique dont l’un est fixe et l’autre orientable manuellement suivant l’axe de rotation du rotor. Cette possibilité d’orientation permet à la machine d’être équipée de l’un ou l’autre des deux types de rotor. Le dimensionnement et l’étude de cette machine sont basés sur le modèle des réseaux de perméances. L’élaboration du modèle, par une subdivision de la structure étudiée en zones à induction homogène, est effectuée à partir de l’analyse des lignes de champ obtenues par la méthode des éléments finis bidimensionnels pour l’ensemble « dent - entrefer - encoche », et les autres parties de la machine (culasse, rotor) sont tridimensionnels. Ces éléments finis constituent également la référence pour valider le modèle développé et pour vérifier le niveau de saturation de la machine. Le modèle par réseaux de réluctance est ensuite utilisé pour dimensionner un prototype, à pôles parallèles ou en quadrature et pour en étudier les performances à vide et en charge. Enfin, le prototype réalisé est étudié pour les deux types de rotor. Les résultats expérimentaux, comparés aux calculs de simulation, montre des concordances très satisfaisantes / The work presented here is devoted to the dimensioning and the study of a switched reluctance machine excited by a homopolar D.C. current of Lyndell type. Such structure knows a renewed interest with new topologies for specific applications. In the case of work had presented, the application concerned for is the wind energy transformation with an inertial storage. The field coil of the machine placed in the stator and is located between the rotor salient poles. The rotor is massive and comprises two pairs of poles. These poles have parallel or perpendicular axes. The stator has two windings placed on two classical half-stators, one of which is fixed and the other is manually adjustable along the axis of rotation of the rotor. This orientation allows the machine to be equipped with one or the other of two types of rotor. The dimensioning and the study of this machine are based on the model of the reluctance network. The development of the model, by a subdivision of the studied structure into homogeneous induction zones, is made from the flux lines obtained by the two-dimensional finite element method for whole tooth-air-gap-slot, and the other parts of the machine (stator breech, rotor) are three-dimensional. The finite element methods also constitute the reference to validate the developed model and check the saturation level of the machine. The reluctance network model is then used for sizing a prototype with the parallel or perpendicular poles and for studying the performances in no load and with load machine. Finally, the realised prototype is studied for both types of rotor. The experimental results compared with the simulation show very satisfactory concordances

Dans cette thèse nous nous intéressons à plusieurs problèmes de gestion de stocks, à travers des modèles de dimensionnement de lots sur plusieurs niveaux, en tenant compte de capacités de production. Nous étudions tout d’abord un problème de dimensionnement de lots à deux niveaux en série avec des capacités de production identiques et stationnaires aux deux niveaux, pour lequel proposons un algorithme dynamique exact pouvant résoudre le problème en temps polynomial sous certaines hypothèses. Dans le chapitre suivant nous étendons ce résultat dans deux directions : nous considérons le problème de gestion de stocks sur un nombre quelconque de niveaux en série, et nous considérons des livraisons par lots. Nous présentons un algorithme exact de résolution, polynomial et très efficace, basé sur une décomposition originale en composantes connexes induites. Nous considérons ensuite des versions plus générales de ce problème, en établissant des résultats de NP-complétude lorsque chaque niveau à une capacité ou une taille de lot différentes. Nous proposons pour ces problèmes une 2-approximation, basé sur l’encadrement de la fonction objectif par deux fonctions affines. Pour finir nous étudions un problème sur un seul niveau mais dans un système de production composé de machines identiques fonctionnant en parallèle. L’originalité de ce problème est de considérer une limitation de la consommation énergétique. A chaque période, on doit décider combien de machines allumer ou éteindre, et quel volume produire et stocker. Des résultats de complexité sont proposés, montrant que ce problème est NP-difficile même sous des hypothèses fortes, et un algorithme dynamique exact est présenté pour le cas de paramètres d’énergie stationnaires / In this thesis we are interested in several multi-level lot-sizing problems taking into account production capacities. We first study a 2-level in series lot-sizing problem with identical and stationary capacities at both levels, for which we propose an exact dynamic algorithm running in polynomial time under some hypothesis. Next chapter extends this result on two main lines: we consider the multi-level in series lot-sizing problem with batch deliveries and with a number of level which is part of the input. We provide a very efficient exact algorithm for this problem, which is polynomial in the number of levels and in the number of periods, based on an original decomposition into induced connected components. Then, we consider more general versions of this problem, for which we provide NP-hardness results when batch sizes or capacities are level-dependent. We propose 2-approximation algorithms for these problems, based on the sandwiching of the objective function by two affine functions. Finally, we study a single-level lot-sizing problem in a system composed of identical machines working in parallel. The originality of this study is to consider a periodic energy limitation. At each period it must be decided how many machines to switch on or off and the volume to be produced and stored. Complexity results are provided, showing that this problem is NP-hard, even under some restrictive assumptions, and an exact dynamic algorithm running in polynomial time is proposed for the case of stationary energy parameters

L'objectif est la valorisation de biomolécules issues des eaux du procédé thermomécanique de fabrication de pâte à papier. La séparation des familles de biomolécules doit permettre de générer plusieurs fractions ayant un intérêt pour l'industrie cosmétique et phytosanitaire. Les terpènes, hémicelluloses, lignine et lignanes ont été identifiés dans ces eaux. Cependant, le choix s'est porté sur la valorisation de la lignine et des lignanes pour des raisons de sélectivité et de valeur ajoutée. La flottation et la filtration par membrane 150 kDa permettent d'effectuer une clarification par élimination de 100% des terpènes et de 59% des hémicelluloses. Le fractionnement de la lignine et des lignanes est effectué avec des membranes de 1 kDa et 300Da à pH 4 pour obtenir deux rétentats contenant respectivement 96% de lignine et 58% de lignanes par rapport aux polyphénols totaux. Une étude technico-économique de faisabilité de la filière de séparation est réalisée à l'échelle semi-industrielle . / This thesis work is part of a dynamic industrial ecology around the paper industry. The objective is the valorization of biomolecules coming from thermomechanical process waters of manufacture of paper pulp. The separation of biomolecule's families must allow generate several fractions having an interest for cosmetic and phytosanitary industry. Terpenes, hemicelluloses, lignin and lignans have been identified in these waters. However, the choice has worn on the valorization of lignin and lignans for reasons of selectivity and added value. Flotation and 150 kDa membrane filtration allow for clarification by removal of 100% of terpenes and 59% of hemicelluloses. Fractionation of the lignin and lignans is carried out with membranes of 1 kDa and 300 Da at pH 4 to obtain two retentates containing respectively 96% of lignin and 58% of lignans relative to the total polyphenols. A technical-economic study of feasibility of separation process is carried out on semi-industrial scale.

Les systèmes électriques sont de plus en plus présents dans les applications embarquées. Ils remplacent les systèmes mécaniques ou hydrauliques. Dans le cas du remplacement d'un système hydraulique par un système électrique, le gain de masse n'est pas significatif mais peut devenir plus important en mutualisant l'onduleur. L'objectif des travaux de thèse qui s'intègre dans le cadre du projet CISACS est de développer une méthodologie de pré-dimensionnement de l'étage de puissance en considérant des contraintes multi-physiques et en intégrant le choix technologiques des composants. Le premier chapitre, à travers le contexte et les objectifs du projet CISACS, introduit la problématique de conception de convertisseurs statiques à embarquer au sein de futurs avions plus électrique. Dans le deuxième chapitre, une analyse fonctionnelle et dysfonctionnelle de certaines architectures adaptées à une application de type CISACS est effectuée. Trois architectures sont considérées : structure classique à N convertisseurs, une architecture mono-convertisseur-aiguilleur et une structure d'un convertisseur matriciel. Dans le troisième chapitre, nous proposons une méthodologie de pré-dimensionnement progressif de convertisseurs statiques par optimisation sous contraintes multi-physiques. Grâce à cette méthodologie, le choix des composants actifs et passifs est automatisé. Afin d'affiner le pré-dimensionnement de la structure de puissance retenue, nous proposons dans le dernier chapitre une méthodologie de placement-routage des semi-conducteurs de puissance sur dissipateur plan. La modélisation mise en oeuvre fait intervenir les aspects électrique-thermique-géométrique du système. / Electric systems are more and more present in embedded applications. They replace mechanic or hydraulic systems. Regarding the replacement of a hydraulic system by an electric one, the mass profit is not significant but can be more considerable by mutualizing the inverters. The aim of that thesis’ work, which fit in as part of CISACS projects, is to develop a pre-sizing methodology of the power floor by considering multi-physics torsions and including the technical choices of components. The first chapter, through the context and the objectives of CISACS project, introduces the problematic of the conception of the static converters to load within future more electrified airplanes. In the second chapter, a functional and dysfunctional analysis of some sort of adjusted architecture to an application such as CISACS is done. Three architectures are considered: the first one, a classic structure with N converters, the second one a mono-points converters and the last one a structure of a matrix converters. In the third chapter, a progressive pre-sizing methodology of static converters by optimization under multi-physical constraints is proposed. Thanks to this methodology, the choice of the active and passive components is automated. In order to refine the sizing of the structure of retained power, we suggest in the last chapter a methodology of placement-layout of the semiconductors of power on sink plan. The implementation of the modelling calls on the electric-thermic-geometric aspects of the system.

Les structures de conversion multi-niveaux parallèles permettent de faire transiter de fortscourants tout en gardant une bonne puissance massique ; celles-ci sont réalisées en parallélisantdes cellules de commutation. Cette parallélisation permet de réduire le courant dans chaquecellule et ainsi de revenir dans des gammes plus standard de composants de puissance. Laparallélisation, en utilisant une commande adaptée, améliore les formes d’onde en sortie duconvertisseur. Ce manuscrit se focalisera sur une structure de conversion multiniveaux parallèlespécifique constituée de bras de hacheur dévolteur en parallèles couplés magnétiquement. Eneffet du fait de la commande entrelacée mise en place, l’ondulation du courant de sortie se voitréduite mais en contrepartie l’utilisation d’inductances séparées sur chaque bras entraine uneaugmentation de l’ondulation des courants de bras, directement liée au nombre de cellules decommutation, en fonction de l’ondulation du courant de sortie. Afin de palier à ce problème cesinductances sont remplacées par un (ou plusieurs) coupleur(s) magnétique(s) qui permet(tent) deréduire l’ondulation de courant dans chaque bras. Cependant dans le but de garantir la nonsaturation ainsi qu’une bonne intégration des coupleurs il est nécessaire de s’assurer del’équilibrage des courants de chaque bras malgré une différence entre les paramètres. Ainsi cemanuscrit s’est axé vers la détermination de différentes méthodes de modélisation découplant lesystème permettant le maintien de l’égale répartition des courants en utilisant des différences derapports cycliques. Ces méthodes de modélisation ont été généralisées afin de réaliser unalgorithme permettant de générer des lois de commande quel que soit le nombre de cellules enparallèle. Dans une dernière partie ces lois de commande ont été testées sur un prototype en lesimplémentant sur FPGA afin de procéder à une vérification expérimentale

Cette thèse s’inscrit dans le cadre d’une convention industrielle de formation par la recherche (CIFRE) entre le laboratoire Hubert Curien et l’entreprise Pattyn Bakery Division. L’objectif de ces travaux est le développement d’un système de détection de trait laser sur FPGA (Field Programmable Gate Array) qui soit plus performant que système actuel de l’entreprise. Dans l’industrie, les concepteurs de systèmes de vision doivent pouvoir créer et modifier facilement leurs systèmes afin de pouvoir les adapter aux besoins de leurs clients et aux évolutions technologiques. Ainsi les opérateurs développés doivent être génériques afin de permettre aux concepteurs de modifier le système de vision sans nécessairement avoir de compétences matérielles. Les concepteurs doivent également pouvoir être en mesure d’estimer quelles seront les ressources utilisées par l’opérateur en cas modifications du système : paramètres de l’application, capteur, famille de FPGA... Dans ce manuscrit, les principaux algorithmes de détection de trait laser ainsi que leurs propriétés ont été étudiés. Un opérateur de détection de trait laser a été choisi et développé. L’implantation de cet opérateur sur une caméra-FPGA du marché a permis d’obtenir un premier prototype fonctionnel. Les performances temporelles de ce nouveau système sont quatre fois supérieures à celles du système actuellement utilisé par l’entreprise. Le nouveau système est capable de traiter jusqu’à 2500 images par seconde. Enfin, les modèles de la consommation des ressources permettent de dimensionner une architecture à partir d’un ensemble de paramètres prédéfinis de manière rapide et sans faire de synthèses. Le paramètre auquel les concepteurs doivent prêter le plus d’attention est le niveau de parallélisme des données. Ce paramètre permet d’exploiter les capacités de parallélisme du FPGA en consommant plus de ressources. Cependant, les ressources du FPGA sont limitées et augmenter le niveau de parallélisme peut induire la nécessité de changer de FPGA. Le système et les données fournies permettront à l’entreprise d’adapter le système de vision selon les besoins futurs des clients en les guidant vers le choix du matériel / This thesis is part of an industrial research training agreement (CIFRE) between the Hubert Curien laboratory and the company Pattyn Bakery Division. The goal of this work is the development of an FPGA laser line detection system that is more efficient than the current system of the company. In the industry, vision system designers need to be able to easily create and modify their systems in order to adapt them to their customers’ needs and technological developments. Thus developed operators must be generic to allow designers to change the vision system without necessarily having material skills. Designers must also be able to estimate what resources will be used by the operator in case of system changes : application parameters, sensor, family of FPGAs ... In this manuscript, the main laser line detection algorithms and their properties have been studied. A laser line detection operator was chosen and developed. The implementation of this operator on an FPGA-camera from market has resulted in a first functional prototype. The time performance of this new system is four times that of the system currently used by the company. The new system is able to process up to 2500 frames per second. Finally, resource consumption models makes it possible to size an architecture from a set of predefined parameters quickly and without synthesizing. The parameter to which designers must pay the most attention is the level of parallelism of the data. This parameter makes it possible to exploit the parallelism capabilities of the FPGA by consuming more resources. However, the resources of the FPGA are limited and increasing the level of parallelism can induce the need to change the family of FPGAs. The system and the data provided will enable the company to adapt the vision system to the future needs of customers by guiding the choice of equipment.