n recent years, there has been a surge in interest and research into the utilisation of soft actuators within the field of robotics, driven by the novel capabilities of their inherently compliant material. One such actuator is the Pneumatic Artificial Muscle (PAM) which offers a high power-to-mass ratio, compliance, safety, and biological mimicry when compared to their traditional counterparts. However, because of their flexible and complex physical structure and the compressibility of air inside the PAM, they exhibit nonlinear dynamic behaviour, largely due to the influence of the hysteresis phenomenon. In order to implement strategies to counteract this effect, it first needs to be modelled. As such, this thesis investigates two approaches, namely the Maxwell-Slip (MS) and generalised Bouc-Wen (BW) models. Firstly, the test muscle's initial braid angle, maximum displacement, and maximum force are determined to establish the static force using a modified model. Data is then collected on the PAM's force-displacement hysteresis for 2-6 bar of pressure. Using the results from these experiments, the MS and BW model parameters are identified through optimisation. With the static and hysteresis force components characterised, two complete dynamic models are created. The findings show that, when compared to the collected force-displacement data, the BW model has greater accuracy for all pressures except at 4 bar, although both approaches demonstrate results within a satisfactory margin. Lastly, a model validation is conducted to compare the models using a new dataset, separate from the one on which they were trained. Data for this test is recorded at a pressure of 4 bar with a more complex reference that covers four different regions of the muscle's displacement range. Thereafter, both dynamic models are applied to assess their performance. It is evident from the results that the BW model produces a better outcome than the MS, achieving a normalised error of 5.3746% as compared to the latter's 12.835%. The higher accuracy of the generalised BoucWen method is likely due to it having a more complex structure, specialised parameters, and the ability to model asymmetric hysteresis. The Maxwell-Slip model may however still be preferable in some applications due to its relative simplicity and faster optimisation. / Under de senaste åren har intresset och forskningen ökat kring användningen av mjuka ställdon inom robotik, drivet av den innovativa potentialen som erbjuds av egenskaperna hos deras naturligt flexibla material. Ett sådant ställdon är den Pneumatiska Artificiella Muskeln (PAM) som erbjuder hög kraft i förhållande till vikten, elasticitet, säkerhet och biologisk imitation jämfört med dess traditionella motsvarigheter. Trots dessa fördelar så uppvisar PAM:s ett icke-önskvärt olinjärt dynamiskt beteende, till stor del på grund av deras flexibla och komplexa fysiska struktur samt kompressibiliteten av luft inuti PAM:en. Dessa olinjäriteter orsakar hysteresfenomenet i muskeln. För att implementera strategier för att kunna motverka denna effekt så måste den först modelleras. Till följd därav så undersöker denna avhandling två tillvägagångssätt, nämligen Maxwell-Slip (MS) och den generaliserade Bouc-Wen (BW) modellen. Inledningsvis identifieras testmuskelns initiala flätvinkel, maximala förskjutning och maximala kraft för att fastställa den statiska kraften med hjälp av en modifierad modell. Data samlas sedan in på PAM:ens kraft-förskjutningshysteres för 2-6 bar av tryck. Med hjälp av resultaten från dessa experiment identifieras MS- och BW-modellparametrarna genom optimering. Med de statiska och hystereskraftskomponenterna karakteriserade kan två kompletta dynamiska modeller framkallas. Resultaten visar att jämfört med den insamlade kraft-förskjutningsdatan har BW-modellen en större noggrannhet för alla tryck förutom vid 4 bar, men båda metoderna uppvisar resultat som är inom en godtagbar marginal. Slutligen genomförs en modellvalidering för att jämföra modellerna med hjälp av ett nytt dataset, annorlunda från den som de tränades på. Datan för detta test mäts vid ett tryck på 4 bar med en mer komplex referens som täcker fyra olika regioner av muskelns förskjutningsområde. Därefter tillämpas båda dynamiska modellerna för att bedöma deras prestanda. Det är uppenbart från resultaten att BW-modellen ger ett bättre resultat än MS-modellen, och uppnår ett normaliserat fel på 5,3746% jämfört med den sistnämndas 12,835%. Den högre noggrannheten hos den generaliserade Bouc-Wen-metoden beror sannolikt på att den har en mer komplex struktur, specialiserade parametrar och förmågan att modellera asymmetrisk hysteres. Maxwell-Slipmodellen kan däremot ändå vara att föredra i vissa sammanhang på grund av dess relativa simplicitet och snabbare optimering

Le travail présenté dans ce manuscrit traite des mécanismes d'émergence des maladies infectieuses. Une première partie du texte est consacrée à la réflexion menée sur ces processus, et à leurs conséquences pour la gestion des maladies. Dans une deuxième partie nous exposons les travaux de modélisation réalisés ; l’objectif est de tester si des changements dans l'expression d'une infection peuvent être expliqués par la dynamique de circulation de l'agent infectieux dans la population hôte, à travers la protection de groupe. Nous montrons que l'apparition de la maladie de Carré chez les lions du Serengeti peut être due à une perte d’immunité de groupe suite à l’extinction du virus. Nous étudions ensuite les conséquences sur le patron épidémique d'une protection partiellement croisée entre souches. Enfin, nous intégrons à cette problématique la structure spatiale de la population hôte, pour expliquer des observations faites sur les systèmes lagomorphes/lagovirus en France. / The study presented here aims to suggest and to test several mechanisms to explain how infectious diseases impact could increase, in relation to microparasite circulation and loss of herd protection. We first introduce the main characteristics of host/microparasite interaction and display some knowledge about emerging infectious diseases, and their consequences for diseases control. Stochastic modelling is then used to study epidemic patterns under several hypotheses and for different host/parasite systems: i) we explain canine distemper emergence in Serengeti lions through a break in virus circulation and the resulting loss of herd immunity; ii) we study the consequences of partial crossprotection induced in hosts by different strains in a small homogeneous host population; and iii) we extend this study to spatially structured host populations to explain data observed in lagomorphs/lagoviruses in France.

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit werden dynamische Modelle eines IGCC-Kraftwerkes mit CO2-Abtrennung unter Verwendung des Modellierungstools Modelica/Dymola entwickelt. Dabei liegt der Schwerpunkt auf dem Gaspfad der Gasreinigung. Es ist vorteilhaft, für verschiedene Aufgaben, Modelle mit unterschiedlicher Tiefe zu verwenden. Mit den detaillierten Modellen werden Simulationen der Teilprozesse durchgeführt. Für den Aufbau eines Gesamtsystems werden vereinfachte Modelle verwendet. Anhand des Gesamtsystems werden drei Regelkonzepte (Gleitdruckregelung, Leistungsregelung der Gasturbine, Leistungsregelung des Vergasers) untersucht und bewertet. Des Weiteren werden drei Störfallszenarien (Ausfall des Sättigers im Brennstoffsystem, Betriebsstörung in der Vergaserinsel, Unterbrechung der Stickstoffzumischung im Brennstoffsystem) getestet.

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit werden dynamische Modelle eines IGCC-Kraftwerkes mit CO2-Abtrennung unter Verwendung des Modellierungstools Modelica/Dymola entwickelt. Dabei liegt der Schwerpunkt auf dem Gaspfad der Gasreinigung. Es ist vorteilhaft, für verschiedene Aufgaben, Modelle mit unterschiedlicher Tiefe zu verwenden. Mit den detaillierten Modellen werden Simulationen der Teilprozesse durchgeführt. Für den Aufbau eines Gesamtsystems werden vereinfachte Modelle verwendet. Anhand des Gesamtsystems werden drei Regelkonzepte (Gleitdruckregelung, Leistungsregelung der Gasturbine, Leistungsregelung des Vergasers) untersucht und bewertet. Des Weiteren werden drei Störfallszenarien (Ausfall des Sättigers im Brennstoffsystem, Betriebsstörung in der Vergaserinsel, Unterbrechung der Stickstoffzumischung im Brennstoffsystem) getestet.

Nowadays, one of the solutions considered in order to face the issue of global warming and to move towards a carbon neutral society relies on the use of solar energy as a renewable and bountiful primary source. And, if photovoltaic technologies account for a large part in the solar energy market, recent years have witnessed the growth of non-concentrated and concentrated solar thermal technologies. Among them, concentrated solar power technology (CSP) which uses the optical concentration of direct solar irradiation to generate high pressure and high temperature steam in the absorber tubes of the plant, has become a promising approach reaching 4.9 GWe of installed capacity by the end of 2015 [1]. However, one of the main challenges faced by CSP technology concerns the variability of solar energy related for example to sunrise, sunset, passing clouds… In addition to that, when it comes to direct steam generation, the presence of a two-phase flow regime inside the absorber tubes leads to a strong dynamic behavior of the steam generation. It is consequently necessary to be able to simulate this dynamic behavior in order to better handle the design and operation of CSP plants. Such simulation tools can then be used for the implementation and the test of reliable control systems aimed at maintaining desired operating conditions in spite of changes in solar irradiation. In this context, the National Institute for Solar Energy (INES), part of the French Alternative Energies and Atomic Energy Commission (CEA) wishes to upgrade their dynamic simulation tool that would enable its teams to reproduce the behavior of a prototype based on the Fresnel solar field technology including direct steam generation which was built and commissioned at Cadarache, Aix-en-Provence. This Master thesis work takes place within this framework and aims at developing a multi-domain dynamic model of the aforementioned prototype. To do so, three models respectively in the thermalhydraulic, the optical and the control-command domains are built and combined using a co-simulation approach relying on an in-house simulation platform called PEGASE. More specifically the development of the following models has been addressed:  a thermal-hydraulic model of the two-phase flow circulating inside the vaporizer field of the prototype and realized with the thermal-hydraulic code CATHARE [2] (Advanced ThermalHydraulic Code for Water Reactor Accidents) applied to solar thermal biphasic issues,  an optical model of the receiver programmed using the Modelica language and the Dymola (Dynamic Modelling Laboratory) simulation software,  control-command models (PID controller, control architecture…) adapted and built upon blocks taken from a modelling library included in the PEGASE platform. Each model was first developed and tested on a standalone basis. These models were then coupled using the PEGASE co-simulation platform. A sunny day was simulated using the multi-domain model and the controllability of the plant was analyzed. At this stage, the study focused on the steam separator level regulation. A thermal-hydraulic study also focused on potential instabilities in the vaporizer that can occur under certain circumstances of water temperature at vaporizer inlet and solar heat flux. This analysis was carried out with a CATHARE standalone model. Perspectives of the present work include a complete validation of the developed models from future experimental data and further developments should aim to extend the modelling scope of the numerical simulator towards a representation of all the hydraulic parts of the CSP prototype. Control schemes and regulation tools would have to be extended as well in order to move towards a more representative control architecture of the prototype. Particularly, the steam quality at vaporizer outlet is an important variable to regulate. Indeed, this parameter is usually kept between 60% and 80% [3]. It must be high enough to limit the power consumption of the recirculation pump but not too high in order to prevent absorber dry-out. / Solenergi, som är en förnybar och riklig primärkälla, är en av de lösningarna som anses kunna lösa problemet med global uppvärmning och bidrar i omvandlingen till ett kolneutralt samhälle. Andelen fotovoltaiska teknologier på energimarknaden är övervägande, men andelen koncentrerad och ickekoncentrerad solterminsteknik har ökat under de senaste åren. Bland solterminsteknikerna är koncentrerad solenergiteknik (CSP), som använder den optiska koncentrationen av direkt strålning för att generera högtrycks- och högtemperaturånga i anläggningens absorberarrör, ett lovande tillvägagångssätt som har nått 4.9 GWe installerad kapacitet i slutet av 2015 [1]. En av de största utmaningarna med CSP-tekniken är solenergins variation vid till exempel soluppgång, solnedgång och passerande moln, vilket beror på varierad tillgång av solljus. Det finns också utmaningar med direkt ånggenerering via tvåfasflödes regimer inuti absorberarrören eftersom det leder till ett starkt dynamiskt beteende vid ånggenereringen. Det är följaktligen nödvändigt att kunna simulera detta dynamiska beteende för att bättre hantera design och drift av CSP-anläggningar. Sådana simuleringsverktyg kan sedan användas för att genomföra tester för att erhålla tillförlitliga styrsystem som upprätthåller önskade driftsförhållanden trots förändringar i solstrålningen I detta sammanhang vill National Institute for Solar Energy (INES), som är en del av den franska alternativa energikommissionen och atomenergi kommissionen (CEA), förbättra dess dynamiskt simuleringsverktyg som skulle möjliggöra för sina team att reproducera beteendet hos en prototyp baserad på Fresnel solfältsteknik inklusive direkt ånggenerering som byggts och beställts vid Cadarache, Aix-enProvence. Denna masteruppsats sker inom ramen för detta och syftar till att utveckla en dynamisk modell med flera domäner av den ovan nämnda prototypen. Tre modeller i termisk-hydraulisk, optisk och kontrollkommando domäner har byggts och kombinerats med hjälp av en co-simuleringsmetod som bygger på en intern simuleringsplattform som heter PEGASE. Mer specifikt om utvecklingen av modellerna enligt nedan:  En termisk-hydraulisk modell av tvåfasflöde som cirkulerar inuti förångarens fält på prototypen har realiserats med termisk-hydraulisk kod CATHARE [2] (Advanced Thermal-Hydraulic Code for Water Reactor Accidents) som appliceras på soltermisk bifasiska frågeställningar.  En optisk modell av mottagaren har programmerats med hjälp av Modelica-språket och simuleringsprogrammet Dymola (Dynamic Modeling Laboratory).  Modeller av kontrollkommandon (PID-kontroller, kontrollarkitektur ...) har byggts och anpassats i moduler som hämtats från modelleringsbibliotek som ingår i PEGASE-plattformen. Varje modell utvecklades och testades på fristående basis. Modellerna kopplades sedan samman i PEGASE-co-simuleringsplattformen. En solig dag simulerades därefter med en flerdomänmodell och styrningsförmågan av anläggningen analyserades. Vid detta stadium fokuserade studien på att reglera nivån av ångseparerande. En termisk-hydraulisk studie fokuserade sedan på potentiella instabiliteter i förångaren som kan uppstå under vissa omständigheter av vatteninloppstemperatur och solvärmeflöde. Denna analys genomfördes med en CATHARE fristående modell. Perspektiven för det aktuella arbetet omfattar en fullständig validering av de utvecklade modellerna med hjälp av framtida experimentella data. Vid en vidareutveckling bör inriktningen vara att utvidga modellernas omfattning av den numeriska simulatorn till att representera alla hydrauliska delar av CSP prototypen. Styrsystem och regleringsverktyg skulle också behöva förbättras för att få en mer representativ kontroll arkitektur av prototypen. I synnerhet är ångkvaliteten vid förångarens utlopp en viktig variabel att reglera. Faktum är att den här parametern vanligtvis hålls mellan 60% och 80% [3]. Det måste vara tillräckligt högt för att begränsa recirkulationspumpens elförbrukning men inte för hög för att förhindra att absorberen torkar ut.