L’objectif de ce travail de thèse est de démontrer qu’il est possible d’utiliser des mesures en continu de turbidité pour suivre la pollution particulaire dans les réseaux d’assainissement et d’évaluer l’apport de ces mesures pour la gestion des réseaux en temps réel ou en temps différé. Dans une première partie, la mise en oeuvre de la mesure en continu de turbidité est décrite. Les éléments principaux contribuant à l’incertitude sont identifiés et des méthodes de calcul des incertitudes adaptées sont proposées. Les questions de fiabilité et de représentativité de la mesure de turbidité sont traitées et aboutissent à des solutions d’installation des sondes in situ et à des protocoles de suivi et de maintenance. Enfin, les perturbations affectant le signal sont quantifiées et des méthodes de filtrage sont comparées. La deuxième partie est consacrée à l’analyse du comportement de la turbidité à partir des données acquises sur deux sites du réseau unitaire parisien en 2006. 80 événements pluvieux sont décrits par leurs concentrations moyennes et maximales et par leurs courbes de distribution masse/volume. Ces critères ont été intégrés dans des typologies qui ont ensuite été mises en relation avec des paramètres de débit et de durée de temps sec ayant précédé l’événement. Cette analyse permet de caractériser la variabilité de façon détaillée. La variabilité de la décantabilité des particules a été également étudiée à partir de données provenant de bassins de décantation. Enfin, deux applications sont proposées. La première est une évaluation en temps différé de flux de polluants. Deux modes d’exploitation de prélèvements d’échantillons réalisés sur un nombre fixé d’événements pluvieux sont comparés. L’un n’utilise que les résultats d’analyses des échantillons au laboratoire pour établir une concentration moyenne. L’autre utilise les prélèvements pour établir des relations entre turbidité et paramètres polluants, ensuite appliquées à des mesures en continu de turbidité. Une seconde série d’applications porte sur l’utilisation de la turbidité pour la gestion en temps réel des flux. Deux configurations-types génériques ont été étudiées. Pour chacune, une stratégie utilisant seulement le débit est comparée à une stratégie utilisant turbidité et débit. Les simulations sont effectuées pour de larges gammes de paramétrage des configurations et avec des données réelles de débit et de turbidité en entrée du système. Pour les applications d’évaluation de flux comme de gestion en temps réel, le gain apporté par la turbidité est chiffré et s’avère significatif / The purpose of this thesis is to prove the usefulness of continuous turbidity measurements for the monitoring of particulate pollution in combined sewer systems, and assess the contribution of these measurements to real-time and lagged control of sewer systems. In the first part, the implementation of continuous turbidity measurements is described. The main uncertainties components are identified and appropriate calculation methods for the uncertainties are proposed. The issues of reliability and representativeness of turbidity measurements are treated and lead to solutions for the in situ installation of turbidimeters and the definition of proper monitoring and maintenance protocols. Finally, the noise which disturbs turbidity measurements is quantified, and filtering methods are compared. The second part is devoted to the analysis of turbidity behaviour, drawing from data monitored on two sites in the combined sewer of Paris in 2006. Eighty rain events are described by their mean and maximum concentrations and by their mass/volume distribution curves. These criteria are used to define typologies, which are then linked to flow parameters and to the antecedent dry weather period of the event. This analysis leads to a detailed description of variability. The variability of the settling characteristics of the particles was also studied using data coming from sedimentation tank. Finally two applications are developed. The first is an assessment of lagged pollutant loads. Two methods for exploiting samples taken during a fixed number of rain events are compared. The first method only uses the results of sample analysis to establish an average concentration. The second method uses samples to calibrate relationships between turbidity and pollutant parameters, which are then applied to continuous turbidity measurements. Another group of applications deals with the use of turbidity for real time control of pollutants flows. Two kinds of configuration were studied. For each one, a strategy only using flow data is compared with a strategy using turbidity and flow data. Simulations are performed for a wide range of configuration parameters with real flow and turbidity data at the entrance of the system. For the application of assessment of pollutants flow as well as for real time control applications, the improvement brought by turbidity was assessed and proved to be significant

L'objectif de ce travail de thèse est de démontrer qu'il est possible d'utiliser des mesures en continu de turbidité pour suivre la pollution particulaire dans les réseaux d'assainissement et d'évaluer l'apport de ces mesures pour la gestion des réseaux en temps réel ou en temps différé. Dans une première partie, la mise en oeuvre de la mesure en continu de turbidité est décrite. Les éléments principaux contribuant à l'incertitude sont identifiés et des méthodes de calcul des incertitudes adaptées sont proposées. Les questions de fiabilité et de représentativité de la mesure de turbidité sont traitées et aboutissent à des solutions d'installation des sondes in situ et à des protocoles de suivi et de maintenance. Enfin, les perturbations affectant le signal sont quantifiées et des méthodes de filtrage sont comparées. La deuxième partie est consacrée à l'analyse du comportement de la turbidité à partir des données acquises sur deux sites du réseau unitaire parisien en 2006. 80 événements pluvieux sont décrits par leurs concentrations moyennes et maximales et par leurs courbes de distribution masse/volume. Ces critères ont été intégrés dans des typologies qui ont ensuite été mises en relation avec des paramètres de débit et de durée de temps sec ayant précédé l'événement. Cette analyse permet de caractériser la variabilité de façon détaillée. La variabilité de la décantabilité des particules a été également étudiée à partir de données provenant de bassins de décantation. Enfin, deux applications sont proposées. La première est une évaluation en temps différé de flux de polluants. Deux modes d'exploitation de prélèvements d'échantillons réalisés sur un nombre fixé d'événements pluvieux sont comparés. L'un n'utilise que les résultats d'analyses des échantillons au laboratoire pour établir une concentration moyenne. L'autre utilise les prélèvements pour établir des relations entre turbidité et paramètres polluants, ensuite appliquées à des mesures en continu de turbidité. Une seconde série d'applications porte sur l'utilisation de la turbidité pour la gestion en temps réel des flux. Deux configurations-types génériques ont été étudiées. Pour chacune, une stratégie utilisant seulement le débit est comparée à une stratégie utilisant turbidité et débit. Les simulations sont effectuées pour de larges gammes de paramétrage des configurations et avec des données réelles de débit et de turbidité en entrée du système. Pour les applications d'évaluation de flux comme de gestion en temps réel, le gain apporté par la turbidité est chiffré et s'avère significatif

L'utilisation des charges de manière active et intelligente et leur gestion optimale sont parmiles préoccupations majeures des gestionnaires, des fournisseurs, des commercialisateurs et desconsommateurs d'énergie, et constitue l'un de axes privilégies du projet smart-grid.L'objectif de cette thèse est de développer et réaliser un système de pilotage des charges desbâtiments résidentiels ou tertiaires en temps réel en utilisant des réseaux de capteurs sans fil. Lesméthodes de gestion de charge ont été développées afin de minimiser les pics de consommation,maintenir le confort thermique et minimiser le coût global de consommation. Une conception dusystème de gestion des charges en temps réel sans fil a été proposée avec la communicationstandardisée ZigBee. Des démonstrateurs basés sur la régulation adaptative des chauffages et desclimatisations d'une part et sur une méthode de délestage doux pour des cuisinières d'autre part ontété développés. Le prototype du système proposé a été réalisé et testé lors de campagnes demesures sur un appartement expérimental afin de montrer l'intérêt et les performances des méthodesproposées. Le système développé permet d'éviter l'utilisation des modèles prédictifs qui sont trèsdifficiles à identifier et à reconfigurer en cas d'ajout de nouveaux appareils électriques dans lesbâtiments contrôlés.

L’utilisation des charges de manière active et intelligente et leur gestion optimale sont parmiles préoccupations majeures des gestionnaires, des fournisseurs, des commercialisateurs et desconsommateurs d’énergie, et constitue l’un de axes privilégies du projet smart-grid.L’objectif de cette thèse est de développer et réaliser un système de pilotage des charges desbâtiments résidentiels ou tertiaires en temps réel en utilisant des réseaux de capteurs sans fil. Lesméthodes de gestion de charge ont été développées afin de minimiser les pics de consommation,maintenir le confort thermique et minimiser le coût global de consommation. Une conception dusystème de gestion des charges en temps réel sans fil a été proposée avec la communicationstandardisée ZigBee. Des démonstrateurs basés sur la régulation adaptative des chauffages et desclimatisations d’une part et sur une méthode de délestage doux pour des cuisinières d’autre part ontété développés. Le prototype du système proposé a été réalisé et testé lors de campagnes demesures sur un appartement expérimental afin de montrer l’intérêt et les performances des méthodesproposées. Le système développé permet d’éviter l’utilisation des modèles prédictifs qui sont trèsdifficiles à identifier et à reconfigurer en cas d’ajout de nouveaux appareils électriques dans lesbâtiments contrôlés. / Load management in an active and intelligent way is one of the major concerns of distributionsystems operators, suppliers and consumers of energy, particularly in the context of the smart-gridproject.The aim of this thesis is to develop and implement a real-time energy management systembased on wireless sensor networks in buildings (residential and tertiary sector). The methods of loadmanagement have been developed to minimize peak demand, maintain thermal comfort, andminimize the cost of consumption. A concept of real-time load management using a wireless sensornetwork has been proposed, based on the ZigBee communication standard. Demonstrators ofadaptive control of heating and air conditioning and of intelligent load shedding for electrical cookershave been developed. The prototypes of the proposed systems have been built and tested on anexperimental apartment to demonstrate the usefulness and effectiveness of these methods. Thedeveloped system allows to avoid the use of predictive models that are very difficult to identify andself-reconfigure when new electrical devices are added in a building.

Les outils actuels de gestion en temps réel des réseaux s’appuient sur deux outils logiciels : les logiciels de prévision météorologique et les logiciels de simulation hydraulique. L’usage des premiers est une cause importante d’imprécision et d’incertitude, l’usage des seconds oblige à des pas temporels de décision importants du fait de leur besoin en temps de calcul. Cette façon de procéder fait que les résultats obtenus sont généralement éloignés de ceux attendus. L’idée force du projet CARDIO est de changer de paradigme de base en abordant la problématique par la face « automatique » plutôt que par celle « hydrologie ». L’objectif est de rendre possible la réalisation d’un grand nombre de simulations en des temps très courts (quelques secondes) permettant de se passer des prévisions météorologiques en utilisant directement les données pluviométriques recueillies en temps réel. L’objectif est de parvenir à un système où la prise de décision est réalisée à partir de données fiables et où la correction de l’erreur est permanente. / Generally, real-time management of sewer systems uses two main tools. The first software one, dedicated to weather forecast is known by their imprecision and uncertainty. The main issue of the second one concerns their computational complexity, which becomes a burden, as they require temporal important steps of decision. This leads to an important problem, where the obtained results are generally different from the really waited ones. The main idea and objective of the CARDIO project, which are the core of this thesis, is to deal with this important problem using a new paradigm based on “automatic” concepts rather than applied from “hydrology” point of view. Such approach allows the realization of a large amount of numerical simulation in a fast way during a very short time (a few seconds). This allows dispensing of weather forecast by using real-time meditative pluviometric data directly. The objective is to achieve a system where the decision-making is made based on reliable data and also, the error correction is permanent.

Ce mémoire présente une étude comparative de quatre stratégies de gestion énergétique temps réel, appliquées d'une part à un véhicule hybride thermique-électrique, et d'autre part à un véhicule électrique à pile à combustible : contrôle basé sur des règles empirique (RBS), minimisation de la consommation équivalente (A-ECMS), loi de commande optimale (OCL) établie à partir d'une modélisation analytique du système et programmation dynamique stochastique (SDP) associée à une modélisation des cycles de conduite par chaîne de Markov. Le principe du minimum de Pontryaguin et la programmation dynamique, applicables hors ligne, sont mis en œuvre pour fournir des résultats de référence. Les problèmes d’implémentation numérique et de paramétrage des stratégies sont discutés. Une analyse statistique effectuée sur la base de cycles aléatoires générés par chaînes de Markov permet d’évaluer la robustesse des stratégies étudiées. Les résultats obtenus en simulation, puis sur un dispositif expérimental montrent que les méthodes les plus simples (RBS ou OCL) conduisent à des consommations élevées. SDP aboutit aux meilleures performances avec en moyenne la plus faible consommation de carburant dans les conditions réelles de conduite et un état énergétique final du système de stockage parfaitement maîtrisé. Les résultats d’A-ECMS sont comparables à ceux de SDP en moyenne, mais avec une plus grande dispersion, en particulier pour l'état de charge final. Afin d'améliorer les performances des méthode, des jeux de paramètres dédiés aux différents contextes de conduite sont considérés. / This thesis presents a comparative study between four recent real-time energy management strategies (EMS) applied to a hybrid electric vehicle and to a fuel cell vehicle applications: rule-based strategy (RBS), adaptive equivalent consumption minimization strategy (A-ECMS), optimal control law (OCL) and stochastic dynamic programming (SDP) associated to driving cycle modeling by Markov chains. Pontryagin’s minimum principle and dynamic programming are applied to off-line optimization to provide reference results. Implementation and parameters setting issues are discussed for each strategy and a genetic algorithm is employed for A-ECMS calibration.The EMS robustness is evaluated using different types of driving cycles and a statistical analysis is conducted using random cycles generated by Markov process. Simulation and experimental results lead to the following conclusions. The easiest methods to implement (RBS and OCL) give rather high fuel consumption. SDP has the best overall performance in real-world driving conditions. It achieves the minimum average fuel consumption while perfectly respecting the state-sustaining constraint. A-ECMS results are comparable to SDP’s when using parameters well-adjusted to the upcoming driving cycle, but lacks robustness. Using parameter sets adjusted to the type of driving conditions (urban, road and highway) did help to improve A-ECMS performances.