L'élastographie par résonance magnétique (ERM) est une technique d'imagerie, reconnue comme une méthode pertinente pour la caractérisation mécanique des tissus humains in vivo. Celle-ci représente un intérêt fondamental en diagnostic clinique car le développement d'un processus pathologique s'accompagne la plupart du temps d'altérations des propriétés mécaniques des tissus atteints. L'ERM consiste à enregistrer le champ de déplacement induit au passage d'une onde de cisaillement généré dans le milieu étudié. Les paramètres mécaniques comme la vitesse, v, et les modules de viscoélasticité de cisaillement, G' et G'', peuvent être cartographiés. La quantification des paramètres mécaniques dépend à la fois de la fréquence mécanique, fexc, de la taille de voxel, a, de l'amplitude des champs de déplacement induits, A, de l'amplitude du rotationnel du champ de déplacement, q, des erreurs de mesure, ΔA et Δq, donc du rapport signal à bruit, RSB, et enfin de la méthode de reconstruction. En inversant les équations différentielles du champ de déplacement acquis selon les trois dimensions de l'espace, ces paramètres ont été considérés pour déterminer la précision et l'exactitude des modules mécaniques obtenus et établir les conditions de validité de l'ERM. Dans cette thèse, nous avons tout d'abord considéré A et A/ΔA afin de définir un premier seuil de validité pour l'ERM. Nous avons étudié l'influence de ces deux paramètres sur un fantôme hétérogène dans un appareil IRM 1,5 T avec deux types d'antennes. Dans une première étude, les champs de déplacement ont été acquis en fonction de A en utilisant deux séquences écho de spin (RFE) et écho de gradient (FFE) sensibilisées au mouvement pour une taille de voxel isotrope de 1 mm. Dans une seconde étude, ils ont été acquis en RFE en fonction de A pour trois résolutions spatiales différentes. Ces études ont révélé l'existence d'un seuil en A/ΔA au-delà duquel les paramètres extraits (G', G'') atteignent un plateau et l'ERM est fiable. Nous avons ensuite considéré le nombre de voxel par longueur d'onde, λ/a, comme paramètre déterminant des conditions de validité de l'ERM et nous avons caractérisé la qualité des données acquises par le rapport q/Δq. Sur des simulaitons dans un milieu élastique, homogène et isotrope avec un RSB variant entre 5 et 30, la précision et l'exactitude des mesures se sont avérées optimales pour 6 à 9 voxels par longueur d'onde. Nous avons reproduit expérimentalement à 2 kHz les conditions des siimulations sur un fantôme de PVA. Les champs de déplacement ont été acquis à 11,7 T en utilisant une séquence RFE sensibilisée au mouvement pour des résolutions spatiales de 150 μm à 300 μm afin de balayer le rapport λ/a de 1 à 20. Les résultats expérimentaux confirment pleinement les prédictions de la simulation. La vitesse de cisaillement diminue et tend vers la vitesse de référence attendue lorsque l'acquisition est réalisée dans le domaine optimal, à savoir ici lorsque a est inférieure ou égale à 200 μm. En outre la dispersion de la vitesse est réduite dans le domaine optimal et des estimations plus précises des paramètres mécaniques ont pu être déduites. Cette thèse montre d'une part que la précision et l'exactitude de l'ERM sont optimales lorsque les acquisitions sont réalisées ou traitées pour un domaine d'échantillonnage de la longueur d'onde déterminé par le RSB. Elle montre d'autre part que la comparaison des résultats obtenus doit être menée dans une gamme similaire de q/Δq. La prise en compte des conditions de validité de l'ERM, déterminées par les rapports λ/a et q/Δq, conduit à une mesure quantitative effective des paramètres mécaniques. Il est ainsi possible d'envisager un diagnostic clinique pertinent au sein d'un même organe, d'un même sujet, entre sujets ou au cours du temps. / Magnetic Resonance Elastography (MRE) is a imaging technique, recognized as a pertinent method for the mechanical characterization of human tissue in vivo. It offersa particular interest in clinical diagnosis because the development of a pathological process is often accompanied by modifications of the mechanical properties of diseased tissues. MRE consists of recording, along the three spatial dimensions, the displacement field induced by the propagation of a shear wave generated by excitation of the investigated tissue. Mechanical parameters such as shear wave velocity, v, and shear moduli, G' and G'', can then be mapped. The quantification of the mechanical parameters depends on the frequency of the mechanical excitation, fexc, the spatial resolution, a, the amplitude of the induced displacement field, A and the amplitude of the curl field displacement, q, with associated measurement errors, ΔA and Δq, (related to the signal-to-noise ratio, SNR) and finally the reconstruction method. All these parameters were considered to determine the precision and the accuracy of the estimated mechanical moduli and to establish the conditions of validity of MRE following the inversion of the differential equations of the displacement field. In this work, first A and A/ΔA were considered to define a validity threshold for MRE. The influence of A and A/ΔA was studied on a heterogeneous phantom acquired using a 1.5 T MRI with two different types of coils. In a first study, the displacement fields were acquired as a function of A using motion-sensitized spin-echo (REF) and gradient-echo (FFE) sequences for an isotropic spatial resolution of 1 mm. In a second study, the displacement field was acquired as a function of A using RFE for three different spatial resolutions. These studies revealed the existence of a threshold in A/ΔA beyond which the extracted parameters (G', G'') reach a plateau and the MRE is reliable. Then the number of voxels per wavelength, λ/a was considered as a parameter determining the conditions of validity of MRE. This parameter was studied according to the quality of the acquired data characterized by the ratio q//Δq. Simulations were carried in a homogeneous and isotropic elastic medium with a SNR between 5 and 30. The accuracy and the precision of the measurements were found optimal for 6 to 9 voxels per wavelength. The simulation conditions were experimentally reproduced at 2 kHz on a home-made polyvinyl alcohol phantom. The displacement fields were acquired at 11.7 T using a motion-sensitized RFE sequence with spatial resolutions ranging from 150 μm to 300 μm in order to obtain a λ/a ratio ranging from 1 to 20. The experimental results fully confirm the predictions of the simulation. The shear wave velocity decreases with λ/a. It tends towards the expected reference value when the acquisition is performed in the optimal condition, namely here when a is less than or equal to 200 μm. In addition, the standard deviation of the shear wave velocity is reduced for the optimal conditions. Therefore, accurate estimation of mechanical parameters could be deduced. This thesis first demonstrates that the precision and accuracy of MRE are optimal when the acquisitions are performed or processed for a certain wavelength sampling range determined by the SNR. We also showed that for fair comparison of the results, MRE must be carried out in a similar range of q/Δq. Taking into account the conditions of validity of MRE, determined by the ratios λ/a and q/Δq, leads to an effective quantitative measurement of the mechanical parameters making it possible to establish a relevant clinical diagnosis within the same organ, the same subject, between subjects or over time.

Cette thèse se focalise sur des algorithmes efficaces en énergie pour des problèmes d'ordonnancement de tâches sur des processeurs pouvant varier la vitesse d'exécution ainsi que sur des processeurs fonctionnant sous un mécanisme de réchauffement-refroidissement, où pour un budget d'énergie donné ou un seuil thermique, l'objectif consiste à optimiser un critère de Qualité de Service. Une partie de notre recherche concerne des problèmes d'ordonnancement de tâches apparaissant dans des environnements de traitement de grandes données. Dans ce contexte, nous nous focalisons sur le paradigme MapReduce en considérant des problèmes d'ordonnancement efficaces en énergie sur un ensemble de processeurs, ainsi que pour la version classique.Premièrement, nous proposons des résultats de complexité, des algorithmes optimaux et approchés pour différentes variantes du problème de la minimisation du retard maximal d'un ensemble de tâches sur un processeur pouvant varier la vitesse d'exécution. Ensuite, nous considérons le problème d'ordonnancement MapReduce dans les versions énergétique et classique sur des processeurs non-reliés où le but est de minimiser le temps d'achèvement pondéré. Nous étudions deux cas spéciaux et les généralisations de ces deux problèmes en proposant des algorithmes d'approximation constante. Enfin, nous étudions le problème d'ordonnancement dans lequel la température du processeur est en-dessous un seuil donné où chaque tâche contribue au réchauffement et le but est de maximiser le nombre de tâches exécutées. Nous considérons le cas où les tâches ont des durées unitaires et ayant la même date d'échéance et nous étudions le rapport d'approximation de ce problème. / This thesis is focused on energy-efficient algorithms for job scheduling problems on speed-scalable processors, as well as on processors operating under a thermal and cooling mechanism, where, for a given budget of energy or a thermal threshold, the goal is to optimize a Quality of Service criterion. A part of our research concerns scheduling problems arising in large-data processing environments. In this context, we focus on the MapReduce paradigm and we consider problems of energy-efficient scheduling on multiple speed-scalable processors as well as classical scheduling on a set of unrelated processors.First, we propose complexity results, optimal and constant competitive algorithms for different energy-aware variants of the problem of minimizing the maximum lateness of a set of jobs on a single speed-scalable processor. Then, we consider energy-aware MapReduce scheduling as well as classical MapReduce scheduling (where energy is not our concern) on unrelated processors, where the goal is to minimize the total weighted completion time of a set of MapReduce jobs. We study special cases and generalizations of both problems and propose constant approximation algorithms. Finally, we study temperature-aware scheduling on a single processor that operates under a strict thermal threshold, where each job has its own heat contribution and the goal is to maximize the schedule's throughput. We consider the case of unit-length jobs with a common deadline and we study the approximability of the problem.

Les techniques d’usinage avancées sont un élément indispensable du développement des industries manufacturières. L’une de ces techniques, l’usinage à grande vitesse, constitue le sujet principal de cette thèse de doctorat. Ainsi, l’objectif majeur des travaux vise à améliorer la précision de contour dans le contexte de l’usinage multiaxes à grande vitesse de surfaces de forme libre, en agissant directement au niveau des boucles de commande d’axe. Pour cela, une première étape consiste à élaborer une stratégie permettant d’estimer le plus précisément possible l’erreur de contour pour différentes configurations de l’outil. Cette erreur de contour est ensuite minimisée grâce à l’adaptation hors ligne, pour un profil de pièce donné, des gains proportionnel et d’anticipation des régulateurs des boucles d’asservissement de la position de chaque axe. L’adaptation de ces gains est réalisée via un algorithme d’optimisation à l’aide d’un modèle non-linéaire du comportement de la machine, en considérant en particulier les frottements sur chacun des axes. L’optimisation permettant d’obtenir les gains des correcteurs des boucles de régulation tient compte des contraintes en termes de limitations cinématiques des axes (vitesse, accélération et jerk), de stabilité des boucles d’asservissement et de limites au niveau des courants des moteurs. Afin d’en faciliter la mise en oeuvre dans un cadre industriel, les stratégies développées s’avèrent directement implantables au sein des commandes numériques actuellement sur le marché, exploitant toutes les possibilités de la structure de commande classique de l’entraînement d’axe. / The advanced machining techniques are always the backbone of the manufacturing industries. Among such techniques, high speed machining is the main subject of this PhD thesis. Indeed, the main objective of this work is to improve the contouring accuracy in multi-axis high speed machining of free-form surfaces, directly acting inside the axis control loops. To do that, a first step aims at elaborating a strategy to estimate as accurately as possible the contour error for different tool configurations. This contour error is then minimized by means of an off-line adaptation for a given profile of the proportional and feedforward gains of the axis position loop controllers. This gain adaptation is performed via an optimization algorithm that considers a nonlinear model of the machine behaviour, in particular including friction related to each axis. This optimization leading to the controllers gains takes into account several constraints, including the axis kinematic (velocity, acceleration and jerk) limitations, the stability of the controlled loops and the motor current limits. Finally, to help their integration within an industrial framework, the developed strategies can be directly implemented in commercial CNC, by exploiting all possibilities of the classical control structure of axis drive.

Dans ce mémoire, j'ai étudié les techniques de composition et d'orchestration à la disposition d'un compositeur pour écrire des pièces ou des sections d'une grande rapidité. Les techniques abordées sont adjointes d'exemples venant du répertoire classique, contemporain et de mes propres compositions. À travers ces exemples, l'objectif est de gagner une meilleure compréhension de ce qui constitue l'impression de vitesse dans la musique instrumentale. / In this thesis, I explore many of the techniques of composition and orchestration a composer can use to write a piece or a section with a great sense of speed. The techniques are illustrated by examples from the classical and contemporary repertory but also from my own compositions. By analyzing theses examples, the objective is to gain a better understanding of what can contribute to the sense of speed in instrumental music.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal. / Les jeunes automobilistes sont surreprésentés dans les accidents routiers. Cette surreprésentation est notamment attribuable à la tendance des jeunes à adopter des comportements routiers risqués, plus particulièrement les excès de vitesse et la conduite avec les facultés affaiblies. La présente étude s'est donc intéressée aux raisons qui poussent les jeunes à adopter ces comportements. Dans le cadre de la théorie du comportement planifié (Ajzen, 1991), trois études ont été menées afin de mieux connaître les déterminants motivationnels sous-jacents à l'intention des jeunes conducteurs d'excéder les limites de vitesse en milieu urbain, ainsi que les déterminants motivationnels de l'intention de conduire après avoir consommé de l'alcool chez les jeunes conducteurs d'une part et chez les jeunes conductrices d'autre part. Les objectifs de ce programme de recherche consistaient à vérifier si l'intention d'adopter ces comportements était déterminée par les attitudes, les normes subjectives et la perception du contrôle comportemental de jeunes automobilistes. Des questionnaires ont été construits afin de mesurer! 'intention, les attitudes, les normes subjectives et la perception du contrôle comportemental. Selon Ajzen, les deux derniers concepts correspondent respectivement à la perception qu'a l'individu des pressions sociales qui s'exercent sur lui et à sa perception du contrôle qu'il détient sur son propre comportement. Des jeunes automobilistes de 18 à 24 ans recrutés pam1i des étudiants universitaires ont complété ces questionnaires. Un échantillon de 123 jeunes conducteurs a complété le questionnaire sur les excès de vitesse, alors que le questionnaire sur l'alcool a été complété par 113 jeunes conducteurs et 108 jeunes conductrices. Les résultats de ces questionnaires indiquent que pour les excès de vitesse en milieu urbain, l'intention des jeunes conducteurs d'adopter ce comportement est déterminé par les attitudes et la perception du contrôle comportemental, alors que les normes subjectives n'ont pas une contribution significative. Pour ce qui est de l'alcool au volant, les résultats chez les jeunes hommes et chez les jeunes femmes indiquent que les attitudes, la perception du contrôle comportemental et, dans une moindre mesure, les normes subjectives déterminent l'intention de conduire après avoir consommé de l'alcool. Les résultats permettent également de constater que les jeunes conducteurs ont une opinion plutôt positive de la vitesse, ce qui justifie les efforts préventifs auprès de ce segment de la population. Pour l'alcool au volant, les jeunes conducteurs aussi bien que les jeunes conductrices semblent peu enclins à conduire après avoir consommé de l'alcool, une tendance que les efforts préventifs devraient chercher à maintenir. Incidemment, les résultats suggèrent certaines stratégies de prévention pour les excès de vitesse et l'alcool au volant chez les jeunes automobilistes. Ainsi, pour les deux comportements étudiés, les efforts de prévention axés sur les attitudes et la perception du contrôle comportemental seraient particulièrement appropriés. En ce qui a trait aux pistes de recherches futures, il serait intéressant de vérifier comment se comparent les intentions envers les excès de vitesse et envers l'alcool au volant d'autres sous-groupes de la population des jeunes automobilistes.

En patinage de vitesse, la position basse, les phases de glisse, les exigences reliées aux virages et les hauts niveaux de force requis à chaque poussée entraînent une restriction du débit sanguin (RDS) dans les muscles principalement sollicités. Cette RDS, qui est à l’origine d’une désoxygénation des muscles locomoteurs ainsi que d’une accélération des processus métaboliques liés à la fatigue, influence la technique gestuelle et la performance. Les athlètes de haut niveau utilisent plusieurs stratégies de conditionnement métabolique dans l’objectif d’optimiser leurs réponses physiologiques et leurs performances. Malgré leur impact sur l’oxygénation musculaire noté dans de nombreux sports, aucune donnée n’est disponible concernant les effets de ces méthodes sur la performance en patinage de vitesse longue piste (PVLP). Considérant les caractéristiques spécifiques des patineurs de différents profils énergétiques et la singularité de leurs réponses physiologiques, l’objectif de cette thèse était d’évaluer les effets de méthodes de conditionnement métabolique sur la performance sur glace en fonction du profil énergétique des athlètes. Le préconditionnement ischémique à distance (RIPC) induit une vasodilatation qui favorise le débit sanguin dans le muscle squelettique et une sympatholyse fonctionnelle qui contribue à assurer une perfusion des tissus actifs en adéquation avec la demande énergétique. Le RIPC contribue également à optimiser la fonction mitochondriale et a mené à des améliorations de performance dans certains contextes sportifs. L’étude 1 a démontré que le RIPC ne mène à aucun gain de performance lors d’un contre-la-montre de 1000 m en PVLP chez des athlètes élites, et que cette technique tend à augmenter l’extraction d’oxygène musculaire chez les athlètes spécialisés en sprint. Ceci pourrait permettre de rehausser le stress métabolique à l’entraînement chez ce type d’athlètes et ainsi optimiser les adaptations chroniques. Un échauffement des muscles respiratoires (IMW) peut retarder l’activation du métaboréflexe respiratoire à l’exercice et favoriser une meilleure oxygénation des muscles locomoteurs. L’étude 2 n’a montré aucune augmentation du volume sanguin local et aucun effet ergogénique en PVLP à la suite d’un IMW. Enfin, la combinaison de différentes stratégies de conditionnement est une pratique courante chez les athlètes élites qui espèrent optimiser leur performance. Étonnamment, les preuves scientifiques concernant l’amalgame de techniques sont très rares dans la littérature. Les résultats de l’étude 3 ne démontrent aucun effet ergogénique de la combinaison du RIPC (chronique) et d’un IMW sur la performance au 600 m en PVLP. En somme, les résultats de ces trois études mettent en évidence la faible variabilité des réponses physiologiques et des performances chez les athlètes de haut niveau, ainsi que les singularités associées à la position des patineurs de vitesse; ni le préconditionnement ischémique, ni l’échauffement des muscles respiratoires, ni la combinaison des deux stratégies n’ont permis d’améliorer la performance chez des patineurs élites et seulement des modifications mineures ont été observées sur le plan de l’oxygénation musculaire. Le niveau de forme très élevé des athlètes, la réalisation d’un échauffement complet et la position extrêmement basse pourraient avoir contribué à atténuer l’efficacité de ces techniques. / The speed-skating position leads to blood-flow restriction and deoxygenation in the lower limbs that may enhance the metabolic processes associated with fatigue, thereby affecting technique and performance. Highlevel athletes use several metabolic conditioning strategies to optimize their physiological responses and performances. Despite their potential impact on muscle oxygenation noted in many sports, no data is available regarding the impact of such techniques on long-track speed skating performance. The peculiar histologic muscular characteristics associated with the skaters of different energetic profile and skating specialties may influence the response to conditioning stimulus and therefore, the purpose of our studies was to assess the specific on-ice impact of conditioning strategies with respect to the energetic profile of the skaters. Remote ischemic preconditioning (RIPC) has been found to enhance performance in different contexts, improve vascular function and muscular perfusion (locally and systemically) and to optimize mitochondrial efficiency. In study 1, we found that RIPC has no practical ergogenic impact on 1000-m long-track speed-skating performance in elite athletes and that this technique tends to increase muscle oxygen extraction in sprint athletes. This could increase the metabolic stress in training in this type of athlete and thus, optimize the chronic adaptations. Respiratory muscle fatigue might increase sympathetic vasoconstrictor outflow to working skeletal muscles through a respiratory muscle metaboreflex, thus reducing limbs blood flow and accelerating the development of exercise-induced locomotor muscle fatigue. An inspiratory muscle warm-up (IMW) may reduce inspiratory muscle fatigue and attenuate locomotor muscle deoxygenation during maximal exercises. In study 2, we found that a standard IMW protocol provides no meaningful effect on blood volume and performance in elite speed skaters. Finally, elite athletes in varied sports typically combine ergogenic strategies in the hope of taking advantage of multiple strategies simultaneously in order to enhance physiological responses and competitive performance. However, the scientific evidence for such practices is very scarce. Results of study 3 indicate that combining RIPC (chronic) and IMW has no practical ergogenic impact on 600-m speed-skating performance in elite skaters. Summing up, the results of these three studies highlight the low variability of physiological responses and performance in elite athletes as well as the singularities associated with the position of speed skaters; neither ischemic preconditioning, nor an inspiratory muscles warm-up, nor the combination of these two strategies has improved performance in elite skaters and only minor changes in muscular oxygenation were observed. The very high level of aerobic fitness of the athlete, the practice of a thorough warm-up protocol and the extremely low position may have contributed to lessen the effectiveness of these techniques.

La relation entre le niveau d'habileté et la vitesse d’exécution à des tests psychométriques demeure ambiguë en raison de lacunes des mesures employées parle passé. Cette relation est ici étudiée auprès de 111 enfants âgés de 9 à 11 ans. L'indice de vitesse proposé, tiré d'items de tests informatisés, rallie trois contrôles méthodologiques: (1) indépendance du niveau d'habileté, (2) contrôle pour la réussite et (3) contrôle pour la difficulté des items. Il apparaît que les scores-temps mesurent un type de vitesse différent de celui mesuré par les mesures psychométriques classiques de vitesse mentale. En outre, l'apport prédictif des scores-temps se compare avantageusement à celui des scores aux sous-tests du TAI-E dans la prédiction des résultats scolaires. Avec l'augmentation de l'âge, la taille des temps de réponse diminuent et leur apport prédictif de la performance intellectuelle augmente. Une hypothèse quant à l'origine de cette transformation développementale est explorée.

« Thèse en cotutelle, Université Laval et Université catholique de Louvain » / Dans le cadre de la transformation des systèmes électriques induite par le passage en cours aux énergies renouvelables, il est crucial de trouver des moyens efficaces pour équilibrer l'offre et la demande d'électricité. Le stockage d'énergie joue un rôle clé pour relever ce défi et, parmi les technologies établies, le stockage d'énergie par pompage-turbinage se distingue comme étant le plus mature et le plus répandu. Cependant, il existe encore un potentiel inexploité et une marge d'amélioration significative dans ce domaine, grâce à l'exploration de nouveaux sites et à l'adoption de technologies innovantes qui améliorent encore la flexibilité de ce type de stockage. Dans ce contexte, cette thèse de doctorat examine les aspects technico-économiques du pompage-turbinage, en se concentrant sur des systèmes à plus petite échelle, pouvant fonctionner à vitesse de rotation variable. En examinant les aspects économiques et les considérations technologiques de ces systèmes, la présente recherche apporte un éclairage précieux sur les solutions de stockage de l'énergie dans le paysage dynamique de la transition énergétique. Tout d'abord, la valeur historique du stockage d'électricité est évaluée sur les marchés de l'énergie dans les pays de l'UE-28, la Norvège, la Suisse et la Turquie. Des analyses de sensibilité sont effectuées, mettant en avant l'impact du rendement de cycle et de la capacité de stockage. Les résultats révèlent des variations significatives de la valeur d'arbitrage du stockage, à la fois géographiquement et temporellement, le rendement de cycle ayant un impact majeur sur la valeur d'arbitrage et la capacité de stockage ayant une valeur marginale très faible au-delà de 4 à 6 heures. En outre, l'impact des frais de réseau variables sur la valeur d'arbitrage est étudié, dans le cas spécifique de la Belgique. Les résultats de valorisation montrent que les frais de réseau peuvent diminuer la valeur d'arbitrage du stockage de 20% à 50% et qu'ils peuvent également réduire considérablement la participation du stockage dans les marchés de l'énergie. Deuxièmement, les systèmes de pompage-turbinage sont présentés, ainsi que les phénomènes de cavitation qui se produisent dans la machine hydraulique mise en œuvre dans ces systèmes. Cette spécificité des systèmes de pompage-turbinage joue un rôle crucial dans la définition des plages de fonctionnement limitées associées à cette technologie, tout en expliquant les avantages d'un fonctionnement à vitesse de rotation variable. Alors que les systèmes de pompage-turbinage sont historiquement opérés à vitesse de rotation fixe, les progrès récents en électronique de puissance ont ouvert la voie à un fonctionnement à vitesse variable. Aussi bien dans les nouvelles installations que dans les projets de mise à niveau de centrales de pompage-trubinage existantes, il est désormais envisagé de faire fonctionner une ou plusieurs unités à vitesse variable. Le lecteur est guidé dans les aspects techniques de la technologie à vitesse variable et ses avantages sont expliqués et illustrés dans le cas de trois topologies, l'une d'entre elles étant un système innovant de petite unité de pompage-turbinage. Troisièmement, les possibilités de contrôle de la puissance offertes par la vitesse variable sont étudiées dans le cas d'un système reposant classiquement sur une pompe-turbine réversible de type Francis, ainsi que dans le cas innovant susmentionné. La modélisation et la simulation des effets hydro-électromécaniques transitoires dans les systèmes de pompage-turbinage sont effectuées et illustrent la dynamique électrique élevée réalisable grâce à la vitesse variable. Le cas innovant de la petite unité de pompage-turbinage est poussé plus loin avec une analyse de stabilité, révélant les limites associées à une stratégie de contrôle de puissance trop exigeante. / In the midst of the ongoing transformation in power systems driven by the shift to renewable energy, finding effective ways to balance electricity supply and demand is crucial. Energy storage plays a pivotal role in addressing this challenge, and among the established technologies, pumped hydro energy storage (PHES) stands out as the most mature and widespread. There is however still significant untapped potential and room for improvement in PHES, by exploring new sites and adopting innovative technologies further improving the flexibility of this storage type. Within the the above-mentioned context, this Ph.D. thesis delves into the techno-economic aspects of PHES, with a specific focus on smaller systems that can operate at variable rotational speed. By examining the economic considerations and technological intricacies of these systems, the present research contributes valuable insights to the ongoing discourse on energy storage solutions in the dynamic landscape of the energy transition. First, the historical value of electricity storage is assessed on energy markets across the EU-28 countries, Norway, Switzerland, and Turkey. Sensitivity analyses are carried out with respect to the round-trip efficiency and storage duration. The results reveal significant variations in storage value from arbitrage, both geographically and temporally, with round-trip efficiency having a major impact on arbitrage value and storage duration having very low marginal value beyond 4 to 6 hours. Additionally, the impact of variable grid fees on arbitrage value is investigated, in the specific case of Belgium. The valuation results show that grid fees can decrease storage arbitrage value by 20% to 50%, and that they can also dramatically decrease storage participation in energy markets. Second, PHES systems are introduced together with the cavitation phenomena arising in the hydraulic machine involved in those systems. This specificity of PHES plays a crucial role in shaping the limited operating ranges associated with this technology, while it also explains the benefits of operating at variable rotational speed. While PHES systems have historically been operated at fixed rotational speed, recent advancements in power electronics have opened the door to variable-speed operation. In both new installations and the repowering of existing PHES projects, there is now consideration given to operating one or more units at variable speed. The reader is guided into the technicalities of the variable-speed technology and its benefits are explained and illustrated in the case of three topologies, one of them being an innovative system for small-scale PHES. Third, the power control possibilities brought by the variable speed are investigated in the case of a system classically relying on a reversible Francis pump-turbine, as well as in the aforementioned innovative case. Modelling and simulations of hydro-electromechanical transients in PHES systems are performed, and illustrate the high electrical dynamics achievable through the variable-speed technology. The innovative small-scale PHES system is pushed one step further with a stability analysis, revealing the limitations associated with a too demanding power control strategy.

Les entraînements électriques à grande plage de vitesse sont des ensembles convertisseur machine qui se caractérisent par un couple à faible vitesse supérieur au couple à haute vitesse, comme dans le cas des applications de traction. Leur performance dépend fortement de la puissance apparente du convertisseur, des impédances de la machine et de la loi de commande utilisée. Les méthodes de conception qui séparent la conception de la machine de celle de l'onduleur et de celle de la loi de commande ne permettent pas toujours de trouver une solution adéquate. Il est donc nécessaire de réaliser une optimisation globale de tout l'ensemble convertisseur - machine - système de contrôle. Lors de l'optimisation, le nombre d'itérations pour arriver à une solution est important et le temps de calcul est un facteur à considérer. Ce travail présente des méthodes analytiques de modélisation adaptées pour l'optimisation des systèmes d'entraînement. Les méthodes se basent sur une modélisation de la machine sous la forme d'un circuit équivalent et une modélisation du convertisseur sous la forme de contraintes de fonctionnement. Elles permettent de calculer rapidement les courants, les tensions, les pertes, le couple, la commande et les performances pour les différents points de fonctionnement du cahier des charges. Ces modèles sont illustrés par des exemples de conception des systèmes de traction et d'un alternateur de voiture. Ce travail présente aussi un analyse des machines polyphasées en mode dégradé en utilisant les modèles développés. / A wide-speed-range electric drive is a system composed of a static converter and an electric motor that produce high torque at low speed and low torque at high speed, as in the case of a traction application. The performance is strongly influenced by the apparent power of the inverter, the impedances of the machine and the control law. The design methods that separate the design of the machine, the static converter and the control law do not always find an adequate solution. It is so necessary to carry a global optimization of the whole system. When optimizing the number of iterations is very important and the computation time is an important factor. This work presents analytic modeling methods suited for the optimization of drive systems. The methods are based in an equivalent circuit machine model and operating constraint model of the static converter. The methods rapidly calculate the currents, voltages, losses, torque, control law and performances of the different operating points of the system design specification. Those models are illustrated with traction system design examples and a car alternator design example. This work also presents an analysis of polyphase machines in fault modes.