La plupart des méthodes de surveillance des systèmes sont basées sur l'analyse et la caractérisation de grandeurs physiques qui sont par nature tridimensionnelles. Tracées dans un repère euclidien à trois dimensions, ces grandeurs parcourent en fonction du temps une trajectoire dont les caractéristiques géométriques sont représentatives de l'état du système surveillé. Les techniques classiques de surveillance des systèmes étudient les grandeurs mesurées composante par composante, sans prendre en compte leur nature tridimensionnelle et les propriétés géométriques de leur trajectoire. Une part importante de l'information est ainsi ignorée. Dans le cadre de ce travail de recherche, on se propose de développer une méthode d'analyse et de traitement de grandeurs à trois composantes permettant de mettre en évidence les spécificités géométriques des données et de fournir une information complémentaire pour la surveillance des systèmes. La méthode proposée a été appliquée à deux cas différents : la surveillance des creux de tension des réseaux de puissance triphasés et la surveillance des défauts de roulement des machines électriques tournantes. Dans ces deux cas, les résultats obtenus sont prometteurs et montrent que les indicateurs géométriques estimés mènent à de l'information complémentaire qui peut être utile pour la surveillance des systèmes. / Most methods for condition monitoring are based on the analysis and characterization of physical quantities that are three-dimensional in nature. Plotted in a three-dimensional Euclidean space as a function of time, these quantities follow a trajectory whose geometric characteristics are representative of the state of the monitored system. Usual techniques of condition monitoring study the measured quantities component by component, without taking into account their three-dimensional nature and the geometric properties of their trajectory. A significant part of the information is thus ignored. In this research work, we would therefore like to develop a method for the analysis and processing of three-component quantities capable of highlighting the special geometric features of such data and providing complementary information for condition monitoring. The proposed method has been applied to two different cases: voltage dips monitoring in three-phase power networks and bearing faults monitoring in rotating electrical machines. In this two cases, the results obtained are promising and show that the estimated geometric indicators lead to complementary information that can be useful for condition monitoring.

Les travaux présentés dans cette thèse sont réalisés dans le cadre du projet européen ACCENT et s’inscrivent dans la problématique de l’utilisation de la surveillance d’usinage dans la fabrication des pièces critiques de moteurs aéronautiques. L’objectif est de définir une technique de surveillance de l’usure de l’outil dans l’usinage de l’alésage central d’un disque haute pression réalisé en superalliage à base nickel. Trois grandes étapes peuvent être identifiées dans notre démarche : l’identification des modes de dégradation dans le perçage de l’Udimet® 720 LI, la définition de relations entre les différents types d’usure et les grandeurs physiques mesurées et finalement, la proposition de stratégies de surveillance basées sur les résultats précédents. Afin de répondre aux objectifs, un protocole expérimental a été défini. Les campagnes expérimentales nous ont permis de caractériser l’usure du foret et de définir une cartographie des modes de dégradation en fonction de conditions de coupe testées. Par ailleurs, l’impact des perturbations d’usinage (coupure de lubrification, modification du pourcentage d’émulsion du lubrifiant, défaut de position de l’outil par rapport à l’avant-trou, etc.) a été étudié. La deuxième partie consiste à identifier les relations entre les modes de dégradation et les signaux de surveillance enregistrés (efforts, couple, puissance, vibrations, etc.). Pour cela, nous avons privilégié deux pistes : une explication directe de l’évolution des signaux par des phénomènes physiques et une approche selon « la base de données », pour développer des modèles d’usures par des critères statistiques extraits sur les signaux. Cette analyse a aussi permis la détection de certaines perturbations d’usinage en utilisant les grandeurs physiques mesurées. Il s’agit notamment d’un défaut d’excentration de l’outil dans le porte-outil et d’un problème d’évacuation de copeaux. La troisième étape porte sur la sensibilité des signaux afin de détecter l’ensemble des phénomènes et la définition des stratégies de surveillance pouvant être mises en œuvre. Pour chaque relation définie, nous avons déterminé une probabilité de détection. Ensuite, nous avons utilisé les signaux en parallèle afin d’accroitre la robustesse de la détection. Les taux de probabilité ont été améliorés, en se basant sur l’hypothèse d’indépendance des signaux (sans calculer les biais existants). Enfin, l’association de l’approche phénoménologique à l’approche dite « statistique » a permis d’augmenter la robustesse de la surveillance. / The work presented in this thesis is a part of European project ACCENT and fits into the context of using process monitoring in the manufacture of critical parts for aircraft engines. The aim is to define a monitoring technique for the tool wear in the machining of the central bore of a high pressure disk made in nickel based superalloy. The major stages can be identified in our approach: identification of tool failure modes in drilling Udimet® 720 LI, defining the relationships between wear and measured physical quantities and finally, a proposal for monitoring strategies based on the previous results. In order to complete the objectives, an experimental protocol was defined. The experimental campaigns allowed us to characterize the drill wear and to define cartography of tool failure modes depending on cutting conditions tested. Moreover, the impact of machining disturbances (lubricant stop, change in percentage of lubricant emulsion, the position over the before hole, etc.) was studied. In the second part, the relations between the tool failure modes and monitoring signals recorded during the machining (forces, torque, power, vibrations, etc.) were identified. For this task, we focused on two directions: a straightforward explanation of signals evolution by physical phenomena and “black box” approach to develop wear models from a database obtained by statistical criteria extracts from the signals. This analysis also allowed the detection of certain machining disturbances using the physical quantities. These include an eccentricity of the tool in the tool holder and a chips evacuation problem. The third part concerns the signals sensitivity to detect the different phenomena and the definition of monitoring strategies which can be implemented. For each relation defined, a detection probability was determined. Further, we used signals in parallel to increase the robustness of detection. The probabilities were improved, with an assumption of independent signals (without calculating existing biases). Finally, the combination of the phenomenological approach to the so-called "statistical" has increased the robustness of the monitoring technique.

En 150 ans, des bouleversements profonds ont affecté les relations entre grandeurs et nombres dans les mathématiques savantes et enseignées, et dans la vie courante. Nous voulons comprendre le statut actuel de ces relations à l'école primaire française et envisageons d'autres statuts pour demain. Notre cadre théorique de référence est la théorie anthropologique du didactique.<br />Nous avons approfondi l'étude de l'enseignement du système métrique, de la numération de position des entiers et de l'articulation entre les deux ; et entamé celle des relations entre opérations (sens, technique, types de nombres) et grandeurs (notamment la longueur et les représentations utilisant des schémas cotés).<br />Notre étude se développe selon trois axes qui se répondent :<br />- les liens entre grandeurs, nombres, opérations et pratiques pour la vie courante avant la réforme des mathématiques modernes ; les ruptures qu'elle a provoquées dans ces liens. Notre corpus est constitué par des textes du 20e siècle : programmes, manuels scolaires du CE (2P et 3P) ;<br />- les savoirs savants. Il s'agit d'une part de repérer les savoirs transposés à différentes époques, d'autre part d'identifier des conditions pour des théories mathématiques (éventuellement à formuler) susceptibles de servir de référence pour l'enseignement des grandeurs, nombres et opérations. Pour cela, nous prenons en compte des besoins mathématiques et didactiques : notamment tâches, discours justificatifs destinés aux élèves, cohérence des savoirs, continuité des apprentissages ;<br />- les connaissances des élèves actuels (277 en 5P). Il s'agit de mieux cerner d'éventuels ruptures et manques apparus avec l'étude des liens et des savoirs savants.

Les travaux décrits dans cette thèse apportent une contribution à la physique statistique des fluctuations de systèmes portés hors de leur état d'équilibre. Les résultats ont été obtenus sur deux systèmes expérimentaux. <br /><br />Le premier système est un oscillateur harmonique fluctuant sous l'effet de l'agitation thermique. Ce système est porté par un forçage externe dans deux types d'états hors d'équilibre : un état transitoire et un état stationnaire. Nous mesurons dans ce système modèle les fluctuations du travail injecté, de la chaleur dissipée et de la production d'entropie totale. L'étude statistique de ces fluctuations est réalisée dans le contexte des Théorèmes de Fluctuation. Par la comparaison des résultats expérimentaux et d'un modèle théorique simple, nous donnons une interprétation physique des différents résultats obtenus.<br /><br /><br />La seconde partie est consacrée à l'étude de la transition de Fréedericksz dans les cristaux liquides. Cette transition est équivalente à une transition de phase du deuxième ordre. Nous proposons une méthode de mesure du paramètre d'ordre de la transition ayant une excellente résolution jusqu'à des fréquences de l'ordre du millihertz. Nous étudions la statistique des fluctuations d'équilibre lorsque le paramètre de contrôle est proche de la valeur critique. La distribution est comparée avec la distribution Gumbel Généralisée et le paramètre de ce modèle est interprété comme un nombre de degrés de liberté effectifs. Ce système est finalement étudié hors d'équilibre lors d'une trempe au point critique accompagné d'un phénomène de vieillissement.

Le programme -Une école adaptée à tous ses élèves-, qui s'inscrit dans la réforme actuelle de l'éducation au Québec, nous a amenée à nous intéresser aux représentations dans les grandeurs en mesure en mathématiques des élèves en difficulté d'apprentissage. Nous nous sommes proposés de reconduire plusieurs paramètres de la recherche de Brousseau (1987, 1992) auprès de cette clientèle. La théorie des champs conceptuels (TCC) de Vergnaud (1991), appliquée aux structures additives, a été particulièrement utile pour l'analyse et l'interprétation de leurs représentations. Comme méthode de recherche, nous avons utilisé la théorie des situations didactiques en mathématiques (TSDM), réseau de concepts et de méthode de recherche appuyé sur l'ingénierie didactique qui permet une meilleure compréhension de l'articulation des contenus à enseigner. Grâce à la TSDM, nous avons observé les approches didactiques des enseignants avec leurs élèves. Notre recherche est de type exploratoire et qualitatif et les données recueillies auprès de 26 élèves de deux classes spéciales du deuxième cycle du primaire ont été traitées selon une méthode d'analyse de contenu. Deux conduites ont été adoptées par les élèves. La première, de type procédural a été utilisée par presque tous les élèves. Elle consiste à utiliser des systèmes de comptage plus ou moins sophistiqués, de la planification aux suites d'actions. La deuxième consiste à récupérer directement en mémoire à long terme le résultat associé à un couple donné et au contrôle de son exécution. L'observation des conduites révèle que les erreurs sont dues à une rupture du sens. Ainsi, les difficultés d'ordre conceptuel et de symbolisation nous sont apparues plus importantes lorsque l'activité d'échange demandait la compétence "utilisation" et renvoyait à la compréhension de la tâche, soit les tâches dans lesquelles ils doivent eux-mêmes découvrir les rapports entre les variables à travailler et à simuler les actions décrites dans les énoncés. En conséquence, les problèmes d'échanges se sont révélés difficiles à modéliser en actes et significativement plus ardus que les autres. L'étude des interactions enseignants et élèves a démontré que la parole a été presque uniquement le fait des enseignants qui ont utilisé l'approche du contrôle des actes ou du sens ou les deux stratégies pour aider des élèves en difficulté. Selon le type de situation à résoudre dans ces activités de mesurage de longueur et de masse, des mobilisations plurielles ont été mises en oeuvre par les élèves, telles que la manipulation d'un ou des étalon(s) par superposition, par reports successifs, par pliage ou par coupure lorsque l'étalon dépassait; par retrait ou ajout d'un peu de sable afin de stabiliser les plateaux. Nous avons également observé que bien que certains élèves aient utilisé leurs doigts pour se donner une perception globale extériorisée des quantités, plusieurs ont employé des procédures très diverses au cours de ces mêmes séances. Les résultats présentés étayent l'hypothèse selon laquelle les concepts de grandeur et de mesure prennent du sens à travers des situations problèmes liées à des situations vécues par les élèves, comme les comparaisons directes. Eles renforcent et relient les grandeurs, leurs propriétés et les connaissances numériques. / -An education system adjusted to all its pupils-, in line with the present reform of the education system of Québec has led us in this project, to examine how students with learning problems deal with numbers and measurements in mathematics. In the present study, our purpose is to double-check many of the parameters defined in the work of Brousseau (1987, 1992). The theory of the conceptual fields of Vergnaud (1991)applied to the additives structures, was particularly useful in our analysis of the facts and the interpretation of their representations. In this work, the methodology we adopted is the Didactic engineering, wich allow a better understanding in articulating the contents to each. Using Theory of didactic situations in mathematics, we examined the didactic approaches the teachers have in their relationship with their students. The data for our study, which is of the exploratory and qualitative type, was collected with twenty six students of the second cycle of the primary school. That data was analysed in conformity with a medthodology of content analysis. The examination of the student's behavior revealed two attitudes. Almost all the students used the first attitude, which is of the procedural type. It consisted in using counting systems more or less sophisticated from the planning to the folowing actions involved. The second attitude implied memorizing for the long term, the result associated with a specific couple of actions and the control of their execution. The observaton of the student's attitudes reveals that the errors they made are related to a semantic disruption in their interpretation of the varied tips and strategies the teachers tried to help them with to solve the different problems. Thus, it appeared to us that the difficulties at the conceptual and symbolization levels were more important when the exchange activity involved their competence to evaluate and activity related to the understanding to the task to achieve. In other terms, they had more difficulty with the tasks where they had to establish by themselves to link between the variables, and simulate the actions involved by those tasks. Consequently, the tasks involving exchange operations happened to be more difficult to translate into actions, and were clearly more problematic than the other tasks. The study of the interaction between teachers and students revealed that only teachers used words in the process, where they used the approach of the control of the actions, or the approach of control of the meaning or both strategies to help students with problems. Depending on the type of problem encountered during these activities of measurements of length and masses, the students had recourse to numerous experiments such as manipulation of the standard measure(s). They proceeded by superimposing, by successive deferments, by folding, by cutting when the standard was exceeding in size; or by reduction or addition of some amount of sand to bring into balance the scale. We noticed also that despite the fact that certain students used their fingers to have a global idea of the external measures of the quantities, many of those same students had recourse to a diversity of other procedures during the same test. The result presented here support the hypothesis that says that the concepts of size and measurement get more meaning in a specific context, where they relate to real situations lived by the students, as well as by direct comparisons. They reinforce and establish links between the so-called sizes, their properties and the numeric knowledge.

Le programme -Une école adaptée à tous ses élèves-, qui s'inscrit dans la réforme actuelle de l'éducation au Québec, nous a amenée à nous intéresser aux représentations dans les grandeurs en mesure en mathématiques des élèves en difficulté d'apprentissage. Nous nous sommes proposés de reconduire plusieurs paramètres de la recherche de Brousseau (1987, 1992) auprès de cette clientèle. La théorie des champs conceptuels (TCC) de Vergnaud (1991), appliquée aux structures additives, a été particulièrement utile pour l'analyse et l'interprétation de leurs représentations. Comme méthode de recherche, nous avons utilisé la théorie des situations didactiques en mathématiques (TSDM), réseau de concepts et de méthode de recherche appuyé sur l'ingénierie didactique qui permet une meilleure compréhension de l'articulation des contenus à enseigner. Grâce à la TSDM, nous avons observé les approches didactiques des enseignants avec leurs élèves. Notre recherche est de type exploratoire et qualitatif et les données recueillies auprès de 26 élèves de deux classes spéciales du deuxième cycle du primaire ont été traitées selon une méthode d'analyse de contenu. Deux conduites ont été adoptées par les élèves. La première, de type procédural a été utilisée par presque tous les élèves. Elle consiste à utiliser des systèmes de comptage plus ou moins sophistiqués, de la planification aux suites d'actions. La deuxième consiste à récupérer directement en mémoire à long terme le résultat associé à un couple donné et au contrôle de son exécution. L'observation des conduites révèle que les erreurs sont dues à une rupture du sens. Ainsi, les difficultés d'ordre conceptuel et de symbolisation nous sont apparues plus importantes lorsque l'activité d'échange demandait la compétence "utilisation" et renvoyait à la compréhension de la tâche, soit les tâches dans lesquelles ils doivent eux-mêmes découvrir les rapports entre les variables à travailler et à simuler les actions décrites dans les énoncés. En conséquence, les problèmes d'échanges se sont révélés difficiles à modéliser en actes et significativement plus ardus que les autres. L'étude des interactions enseignants et élèves a démontré que la parole a été presque uniquement le fait des enseignants qui ont utilisé l'approche du contrôle des actes ou du sens ou les deux stratégies pour aider des élèves en difficulté. Selon le type de situation à résoudre dans ces activités de mesurage de longueur et de masse, des mobilisations plurielles ont été mises en oeuvre par les élèves, telles que la manipulation d'un ou des étalon(s) par superposition, par reports successifs, par pliage ou par coupure lorsque l'étalon dépassait; par retrait ou ajout d'un peu de sable afin de stabiliser les plateaux. Nous avons également observé que bien que certains élèves aient utilisé leurs doigts pour se donner une perception globale extériorisée des quantités, plusieurs ont employé des procédures très diverses au cours de ces mêmes séances. Les résultats présentés étayent l'hypothèse selon laquelle les concepts de grandeur et de mesure prennent du sens à travers des situations problèmes liées à des situations vécues par les élèves, comme les comparaisons directes. Eles renforcent et relient les grandeurs, leurs propriétés et les connaissances numériques. / -An education system adjusted to all its pupils-, in line with the present reform of the education system of Québec has led us in this project, to examine how students with learning problems deal with numbers and measurements in mathematics. In the present study, our purpose is to double-check many of the parameters defined in the work of Brousseau (1987, 1992). The theory of the conceptual fields of Vergnaud (1991)applied to the additives structures, was particularly useful in our analysis of the facts and the interpretation of their representations. In this work, the methodology we adopted is the Didactic engineering, wich allow a better understanding in articulating the contents to each. Using Theory of didactic situations in mathematics, we examined the didactic approaches the teachers have in their relationship with their students. The data for our study, which is of the exploratory and qualitative type, was collected with twenty six students of the second cycle of the primary school. That data was analysed in conformity with a medthodology of content analysis. The examination of the student's behavior revealed two attitudes. Almost all the students used the first attitude, which is of the procedural type. It consisted in using counting systems more or less sophisticated from the planning to the folowing actions involved. The second attitude implied memorizing for the long term, the result associated with a specific couple of actions and the control of their execution. The observaton of the student's attitudes reveals that the errors they made are related to a semantic disruption in their interpretation of the varied tips and strategies the teachers tried to help them with to solve the different problems. Thus, it appeared to us that the difficulties at the conceptual and symbolization levels were more important when the exchange activity involved their competence to evaluate and activity related to the understanding to the task to achieve. In other terms, they had more difficulty with the tasks where they had to establish by themselves to link between the variables, and simulate the actions involved by those tasks. Consequently, the tasks involving exchange operations happened to be more difficult to translate into actions, and were clearly more problematic than the other tasks. The study of the interaction between teachers and students revealed that only teachers used words in the process, where they used the approach of the control of the actions, or the approach of control of the meaning or both strategies to help students with problems. Depending on the type of problem encountered during these activities of measurements of length and masses, the students had recourse to numerous experiments such as manipulation of the standard measure(s). They proceeded by superimposing, by successive deferments, by folding, by cutting when the standard was exceeding in size; or by reduction or addition of some amount of sand to bring into balance the scale. We noticed also that despite the fact that certain students used their fingers to have a global idea of the external measures of the quantities, many of those same students had recourse to a diversity of other procedures during the same test. The result presented here support the hypothesis that says that the concepts of size and measurement get more meaning in a specific context, where they relate to real situations lived by the students, as well as by direct comparisons. They reinforce and establish links between the so-called sizes, their properties and the numeric knowledge.