En informatique graphique, l'animation et la simulation de la fracture est un élément clef pour les effets d'explosion et de destructions dans l'industrie du film ou du jeu vidéo. Le phénomène de fracture est aussi observable dans la nature sur des objets vieillissants tels que l'écorce d'arbre, ou les routes urbaines subissant les intempéries et le temps. Cependant, simuler de façon réaliste la fracture dans les applications interactives reste un problème ouvert, surtout pour les objets fragiles. En effet, le phénomène de fracture apporte des défis uniques au niveau de la simulation en temps réel des déformations dues aux impacts, au niveau des algorithmes de détection de collision, et en terme d'évaluation et de validation. Dans ce manuscrit, nous présentons de nouvelles approches pour simuler efficacement, en temps réel et de façon réaliste la fracture d'objets fragiles due à des impacts ou au vieillissement, pour gérer la détection de collision entre les débris générés, ainsi que pour évaluer subjectivement et objectivement les simulations obtenues. La première contribution proposée est un nouveau modèle d'état de fracture des objets. Ce nouveau modèle permet un stockage et une mise à jour efficace de l'état de fracture pour simuler la propagation de fractures, et permet une de générer représentation graphique efficacement. Nous proposons ensuite une nouvelle approche basée sur l'analyse modale pour simuler efficacement la fracture due aux impacts, en présentant une méthode de simulation de la dynamique de la déformation des objets pendant les impacts. Finalement, nous traitons le cas de la fracture due au vieillissement, en présentant une nouvelle méthode de propagation de fracture dans des objets vieillissants. La deuxième contribution concerne les interactions entre les objets fracturables. Nous proposons une nouvelle approche de détection de collision entre des fragments générés dynamiquement, qui permet un traitement des collisions en temps réel dans des scènes complexes. L'efficacité du système globale nous a permis d'implémenter une interaction haptique avec des objets fracturables. Afin de garantir la stabilité de l'interaction haptique, nous proposons une nouvelle méthode de couplage entre la simulation et l'haptique basée sur la définition d'un sous monde haptique qui aide à maintenir les fréquences de rafraîchissement élevées imposées par cette modalité d'interaction. Finalement, nous présentons des validations partielles de nos contributions à travers d'études utilisateurs, une méthode d'optimisation des paramètres de simulation pour générer des modèles de fracture par l'exemple, ainsi que des expériences sur des objets réels. Nous définissons aussi une métrique pour la similarité des modèles de fracture basée sur une analyse statistique sur la géométrie des débris obtenus. Toutes ces contributions réunies forment un simulateur complet pour la simulation réaliste de la fracture d'objets fragiles, comprenant la détection de collision entre des objets non convexes, la simulation de la déformation d'objets rigides, la propagation dynamique des surfaces de fracture à des vitesses de simulation inégalées.

Cette thèse traite de modélisation des systèmes complexes. Dans ce cadre, l'approche est basée sur les Modèles Structurés en Second Ordre (MSSO). Afin d'utiliser cette classe de modèles, les propriétés telles que l'atteignabilité, l'observabilité et les grammiens, bien connues pour les réalisations d'états, sont étendues aux MSSO.Lors de la co-simulation d'un système, des éléments de natures différentes (physiques et logicielles) sont intégrés et la simulation est effectuée en temps réel. Or, les modèles d'ordre élevés sont couteux en temps de calcul, ce qui rend difficile ce type de simulation. Ainsi, des méthodes de réduction de modèle sont explorées. En particulier, de nouvelles méthodes, permettant de préserver la structure des modèles avec une bonne erreur d'approximation sont présentées.Ces développements sont appliqués à la co-simulation de modèles véhicules sous forme de MSSO. Le modèle créé est un modèle par blocs, complexe et non-linéaire. Afin d'appliquer les méthodes de réduction de modèle il est nécessaire de le linéariser. La structure par blocs permet de linéariser l'ensemble du modèle ou de ne linéariser que certaines sous parties du modèle.Ensuite, l'identification des paramètres est effectuée pour chaque sous-systèmes du véhicule. Une méthode d'interconnexion est ensuite proposée pour créer une représentation monobloc du modèle afin de réduire ce dernier. Au final, des essais en co-simulation de la partie arrière du véhicule sous forme de modèle interconnectée avec la partie avant du véhicule physiquement présente sur un banc de test, valide notre approche pour effectuer de la co-simulation temps réel avec matériel.x

Les objectifs concernant la part des énergies renouvelables dans la production d'électricité sont de 20 % en 2020 en UE. L'éolien offshore principalement ainsi que les ressources hydroliennes et les panneaux photovoltaïques, vont contribuer à cet objectif. Les améliorations récentes dans le domaine de l'électronique de puissance amènent à repenser les architectures électrotechniques des fermes éoliennes de plus en plus éloignées du continent et présentant des puissances de plus en plus importantes. Plusieurs topologies électrotechniques de fermes éoliennes offshore sont comparées afin de définir la plus intéressante d'un point de vue faisabilité, efficacité et fiabilité. La solution de connexion retenue est entièrement en DC car elle présente des pertes diminuées et des convertisseurs DC-DC avec transformateurs haute-fréquence apportant un gain d'encombrement comparé à une topologie classique en AC. La topologie DC est alors modélisée avec une attention particulière portée aux convertisseurs DC-DC Full-Bridge, cœur technologique de la ferme. Un contrôle du convertisseur par entrelacement des commandes du convertisseur est explicité afin de réduire la taille du filtre en sortie. Deux expérimentations à échelle réelle (2 MW) et réduite (4 kW) permettent de valider le modèle, les pertes et les contrôles implantés sur le convertisseur. Les protections qui peuvent être mises en place pour un réseau de distribution DC sont aussi étudiées avec une proposition de disjoncteur statique DC. Une connexion entre un simulateur temps réel et le banc d'essai 4 kW est réalisée afin de comparer le comportement des convertisseurs de la ferme sur des échelles de temps importantes. Différents contrôles sont testés, et plus particulièrement ceux permettant de valider la capacité de la ferme à rester connectée au réseau pendant les défauts AC. L'ensemble des théories développées sur le cas d'étude éolien offshore sont étendues à des fermes solaires de fortes puissances afin de mettre en évidence les analogies entre ces deux énergies renouvelables.

L'intégration des énergies renouvelables a conduit à introduire la notion d'utilisation locale de ces nouvelles sources de production. Nous pouvons définir le paradigme de microréseau comme une agrégation de plusieurs sources d'énergie distribuée qui peuvent alimenter leurs charges locales. Ces microréseaux peuvent être îlotables pour garantir la continuité de service et l'alimentation des charges. Pour assurer la fiabilité du réseau, une stratégie de protection des générateurs et du microréseau lui-même a été proposée. Dans ce mémoire, les points communs et les différences entre les générateurs classiques et les générateurs connectés au réseau à l'aide de convertisseur d' d'électronique de puissance sont présentés. Ensuite, nous présentons la conception d'une source de tension à base d'une micro-turbine à gaz comme source d'énergie primaire contrôlable. Nous étudions les possibilités pour le générateur de demeurer connecté dans les conditions du creux de tension (fault-ride-through) tout en étant protégé contre les surintensités. Nous avons proposé deux solutions différentes permettant de limiter ces courants du générateur. De plus, pour assurer la continuité d'alimentation des charges en deux modes de fonctionnement, nous avons intégré un détecteur de l'ilotage basé sur le relais ROCOF dans le système de commande du générateur. Une validation expérimentale pour ces travaux a été réalisée en utilisant la simulation temps réel PHIL. Finalement, un plan de protection coordonnée valide dans les deux modes de fonctionnement et avec les différents types de source est présenté. Cette stratégie a été testée sur un exemple de microréseau simulé sur le simulateur temps réel

Comme tout processus industriel, un système photovoltaïque peut être soumis, au cours de son fonctionnement, à différents défauts et anomalies conduisant à une baisse de la performance du système et voire à son indisponibilité. Permettre de diagnostiquer finement et de faire de la détection et de localisation de défauts dans une installation PV réduit les coûts de maintenance et surtout augmente la productivité. Dans ce travail de thèse, nous nous intéressons spécifiquement à la détection et la localisation de défauts côté DC du système PV, c'est-à-dire du côté générateur PV. L'objectif de cette thèse est de proposer, en prenant le moins de mesures possibles pour respecter les contraintes économiques, un algorithme pour détecter et localiser des défauts conduisant à une baisse de production. Pour cela, le choix s'est porté sur l'analyse de la caractéristique I-V du générateur PV pour les différents modes de fonctionnement considérés. Cette analyse a conduit à utiliser la méthode d'inférence pour effectuer le diagnostic de l'installation. Cette démarche a été validée par des expérimentations sur site, des simulations temps-réel et hors temps-réel. / As every industrial process, a photovoltaic system may subject, during his operation, to various faults and abnormalities leading to a drop of its efficiency up to its unavailability. A precise diagnosis and a fault detection and isolation make it possible to reduce the maintenance costs and above all increase the yield. In this work, a focus has been made on the fault detection and isolation in the DC part of the PV system, it means of the PV array. The goal of this work is to propose, by conducting the less possible measurements to meet the economic constraints, an algorithm to detect an isolate the faults causing a drop in the array yield. To achieve this goal, the analysis of the I-V characteristic has been chosen. This analysis leads to the use of the inference method to conduct the diagnosis of the PV plant. This procedure has been validated by on site experiments, real-time simulations and non real-time simulations.

On est confrontés au présent avec un système électrique en pleine mutation grâce principalement à l'ouverture des marchés d'énergie électriques, à l'évolution des technologies, à la diminution des ressources disponibles, ainsi qu'aux changements climatiques. Afin de pallier les problèmes engendrés par ces changements, des mesures doivent être prises à tous les niveaux du système électrique : génération, transport et utilisation. Néanmoins, ces mesures ne sont pas toujours compatibles entre elles et, à cause de leur caractère innovant, elles nécessitent des outils d'étude de plus en plus puissants et adaptés aux différents dynamiques mises en jeu et à leur multiplicité. Les travaux présents proposent et analysent l'utilisation d'un simulateur temps-réel hybride (en puissance ou non) afin de faire face à ces besoins complexes.

L'objectif de cette thèse est la proposition de nouvelles solutions dans le domaine des systèmes de test et de simulation avioniques et ce, à plusieurs niveaux. Dans un premier temps, nous avons proposé un modèle d'exécution dynamique permettant d'unifier les métiers du test et de la simulation, de répondre aux contraintes imposées, d'apporter de nouvelles possibilités et ainsi d'accélérer le cycle de développement des futurs équipements embarqués. Ensuite, un support matériel basé sur une architecture hétérogène CPU-FPGA a été défini afin de répondre à la problématique proposée et aux contraintes imposées par le domaine d'application telles que le respect du temps-réel et la capacité de reconfiguration dynamique hétérogène. A ce support matériel, est venue s'ajouter une méthodologie de développement permettant une meilleure prise en charge du code "legacy" de l'industriel. Enfin, un environnement unifié temps réel mou pour le test et la simulation avionique a été mis en avant, permettant de diminuer les coûts liés à la maîtrise et à la maintenance d'un nouvel environnement. Finalement, une étude de cas a permis de mettre en avant les capacités de reconfiguration dynamique et les performances de l'environnement développé.

La Théorie de la Relativité (TRR), est une théorie particulièrement contre-intuitive dont les implications sont inaccessibles à l'expérience sensible humaine ; ce qui pose un certain nombre de difficultés de compréhension aux étudiants. Cependant, la Réalité Virtuelle (RV) offre une approche intéressante en permettant à un utilisateur d'être immergé et d'interagir dans un monde virtuel où la vitesse de la lumière est ramenée à 1 m/s. Les phénomènes relativistes deviennent ainsi directement accessibles par ses sens. Cette caractéristique, point départ de nos travaux, permet alors d'appréhender les phénomènes relativistes par une expérience " par la pratique ". L'enjeu de notre travail porte plus précisément sur la définition de moyens et de méthodes intégrés dans une plate-forme immersive permettant d'appréhender les phénomènes relativistes. Dans ce contexte, nous proposons, tout d'abord, des méthodes novatrices pour simuler les phénomènes relativistes sur un nombre quelconque d'objets en mouvement arbitraire et tenant compte de la dynamique relativiste des objets dans la scène, notamment durant leurs interactions. Nous nous focalisons sur les effets qui déforment les objets vus par l'observateur, à savoir le délai de propagation des photons, la relativité des longueurs et l'effet d'aberration. Nous définissons ensuite des méthodes pour intégrer une simulation relativiste dans un environnement immersif basé intrinsèquement sur un monde newtonien. Nous proposons également une plate-forme expérimentale dans laquelle sont intégrées des méthodes d'interaction utilisées pour mettre en scène un " jeu sérieux ", ici un billard relativiste. Enfin, nous démontrons la portée de notre outil expérimental par deux voies : l'une concerne l'utilisation de l'application dans des évaluations de didactique et l'autre concerne un exemple d'extension de l'outil pour mettre en lumière un autre aspect de la Physique relativiste : la relation entre vitesse et énergie.

Comme tout processus industriel, un système photovoltaïque peut être soumis, au cours de son fonctionnement, à différents défauts et anomalies conduisant à une baisse de la performance du système et voire à son indisponibilité. Permettre de diagnostiquer finement et de faire de la détection et de localisation de défauts dans une installation PV réduit les coûts de maintenance et surtout augmente la productivité. Dans ce travail de thèse, nous nous intéressons spécifiquement à la détection et la localisation de défauts côté DC du système PV, c'est-à-dire du côté générateur PV. L'objectif de cette thèse est de proposer, en prenant le moins de mesures possibles pour respecter les contraintes économiques, un algorithme pour détecter et localiser des défauts conduisant à une baisse de production. Pour cela, le choix s'est porté sur l'analyse de la caractéristique I-V du générateur PV pour les différents modes de fonctionnement considérés. Cette analyse a conduit à utiliser la méthode d'inférence pour effectuer le diagnostic de l'installation. Cette démarche a été validée par des expérimentations sur site, des simulations temps-réel et hors temps-réel.

L’objectif de cette thèse est de modéliser en temps réel la propagation d’un incendie dans des ensembles comportant un grand nombre de locaux. Un modèle semi-physique de réseau polydisperse amorphe prenant en compte les connexions à courte et longue distances entre sites, est proposé. Les phénomènes physiques liés au développement du feu dans un local et à sa transmission entre locaux par les parois sont simulés par des lois normales de probabilité. Les durées moyennes de transmission par les parois sont déterminées à l’aide d’un modèle à zones prenant en compte les spécificités du local en feu. Des expérimentations spécifiques dans un caisson en acier, représentatif d’un local de la Marine Nationale, ont permis de valider le modèle à zones. Un exemple détaillé du calcul par le modèle de réseau de la propagation d’un feu dans une maquette de navire à échelle un est ensuite décrit et analysé pour différents scénarios. Une analyse de sensibilité utilisant un plan factoriel complet à deux niveaux permet de hiérarchiser les paramètres du modèle et d’étudier la sensibilité de la solution aux variations de ces paramètres. Une étude statistique est conduite afin d’établir une cartographie du risque incendie à bord du navire. La transmission du feu par les gaines de ventilation est simulée par une loi normale de probabilité où la durée moyenne de transmission est déterminée à l’aide d’un code à champ unidimensionnel. Après avoir validé ce code sur des mesures obtenues par DGA dans une conduite cylindrique différentiellement chauffée, l’influence de ce mode de transmission sur la propagation du feu dans le navire est analysée. / This thesis work is devoted to the development of a semi-physical network model to predict real-time fire spread in polydisperse amorphous massively multi-compartmented spaces. This model takes into account short-range and long-range connections between adjacent and remote network sites. The physical phenomena of fire ignition and flashover, and of fire transmissions through the walls are simulated using time-dependent normal probability distributions. Mean durations of transmission though the walls are determined by a two-zone model which takes into account the fuel load, the room size and the thermal properties of walls. Specific experiments were conducted in a steel room, representative of a naval vessel compartment, in order to validate the zone model. Then a proof of concept is developed by applying the network model to different fire scenarios in a full-scale vessel mockup. A sensitivity analysis using a two-level full factorial design is performed to identify the most influential model parameters and to evaluate the sensitivity of the solution to variations of these parameters. A statistical study is conducted to produce fire risk maps. Finally, a special emphasis is put on the fire transmission by the ventilation ducts. This phenomenon is simulated using a time-dependent normal probability distribution where the mean duration is determined by means of a one-dimensional CFD model. This model is first validated using data obtained by DGA in a differentially heated duct and second, the influence of fire transmission through ventilation duct on its propagation throughout the vessel is investigated.