L'industrie sidérurgique rencontre depuis des années un développement important. Les caractéristiques des produits destinés aux différents secteurs industriels deviennent de plus en plus exigeantes. Actuellement des régulateurs avancés de type PID sont utilisés avec une structure multi-boucles locales. Afin de traiter les cahiers des charges de plus en plus contraints, il devient intéressant de revoir cette stratégie de contrôle. Ce sujet de thèse CIFRE entre ArcelorMittal et le CRAN a pour objectif de proposer de nouvelles stratégies de contrôle avancé pour le laminage à froid des bandes d'acier de type tôle fine, notamment des stratégies centralisées de contrôle remplaçant des boucles de régulation locales et indépendantes, afin d'élargir le champ des matériaux traitables, d'augmenter et d'optimiser la productivité et les capabilités du procédé ainsi que de minimiser les coûts de production. Dans une première partie, une étude bibliographique sera effectuée afin de mieux cerner les différents modèles métallurgiques et dynamiques du système à piloter. Dans une seconde partie, le cahier des charges sera traduit en termes d'un problème d'optimisation dont la solution est un contrôleur de type retour d'état. Enfin dans une troisième et dernière partie, une synthèse de retour de sortie dynamique sera proposée pour résoudre le problème des mesures manquantes / The steel industry has been developing for years. The characteristics of the products intended for the various industrial sectors are becoming more and more demanded. Currently advanced PID controllers are used with a local multi-loop structure. In order to deal with the increasingly constrained specifications, it is interesting to review this control strategy. This CIFRE PhD thesis between ArcelorMittal and CRAN aims to propose new advanced control strategies for the cold rolling of thin sheet steel strips, including centralized control strategies replacing local and independent control loops, to broaden the scope of treatable materials, increase and optimize process productivity and capabilities, and minimize production costs. In a first part, a bibliographic study will be carried out in order to better define the various metallurgical and dynamic models of the system to be controlled. In a second part, the specifications will be translated in terms of an optimization problem whose solution is the state feedback controller. Finally, in a third and final part, a dynamic output feedback synthesis will be proposed to solve the problem of missing measurements

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La modélisation des défauts de planéité apparaissant en ligne en laminage à froid des tôles minces est abordée comme un problème de flambage de tôles minces sous contraintes résiduelles. Celles-ci sont les contraintes engendrées au-delà de l'emprise par le laminage lui-même. Pour cela, un modèle de flambage et post-flambage de tôle (forme, amplitude, contraintes) fondé sur la méthode multi-échelle de Damil et Potier-Ferry, et nommé MSBM pour Multi-Scale Based Method, a été développé. En entrée, on y introduit une carte de contraintes post-emprise venant d'un calcul de laminage. Les hypothèses simplificatrices du modèle de flambement permettent de ramener sa résolution à un ensemble de problèmes éléments finis 1D, mais de ce fait restreignent l'analyse aux défauts de type bord long ou centre long. Dans sa version découplée, ce modèle a été comparé avec succès à des résultats de la littérature. Il permet d'effectuer des études paramétriques d'intérêt pratique, comme l'influence du frottement ou de la force de contre-flexion des cylindres sur l'état de contrainte et la géométrie de la tôle.Dans un second temps, ce modèle est introduit comme modèle de flambage intégré dans le logiciel éléments finis de laminage Lam3/Tec3. Comme dans le modèle précédent implémenté par Abdelkhalek en 2010, MSBM calcule un champ de déformation lié spécifiquement aux déplacements hors-plan caractérisant le flambage, champ de déformation qui est ajouté à la décomposition élastique - plastique et réactualisé à chaque itération du calcul éléments finis. Des comparaisons ont été effectuées avec les deux modèles couplés précédemment implantés par Abdelkhalek. Elles montrent les insuffisances du présent modèle de flambage, unidirectionnel, qui ne permet pas de traiter toutes ensemble les diverses instabilités, d'orientations différentes, qui ont lieu après la sortie d'emprise et se révèlent fortement couplées entre elles. Des pistes d'amélioration sont proposées en conséquence.

La modélisation des défauts de planéité apparaissant en ligne en laminage à froid des tôles minces est abordée comme un problème de flambage de tôles minces sous contraintes résiduelles. Celles-ci sont les contraintes engendrées au-delà de l'emprise par le laminage lui-même. Pour cela, un modèle de flambage et post-flambage de tôle (forme, amplitude, contraintes) fondé sur la méthode multi-échelle de Damil et Potier-Ferry, et nommé MSBM pour Multi-Scale Based Method, a été développé. En entrée, on y introduit une carte de contraintes post-emprise venant d'un calcul de laminage. Les hypothèses simplificatrices du modèle de flambement permettent de ramener sa résolution à un ensemble de problèmes éléments finis 1D, mais de ce fait restreignent l'analyse aux défauts de type bord long ou centre long. Dans sa version découplée, ce modèle a été comparé avec succès à des résultats de la littérature. Il permet d'effectuer des études paramétriques d'intérêt pratique, comme l'influence du frottement ou de la force de contre-flexion des cylindres sur l'état de contrainte et la géométrie de la tôle.Dans un second temps, ce modèle est introduit comme modèle de flambage intégré dans le logiciel éléments finis de laminage Lam3/Tec3. Comme dans le modèle précédent implémenté par Abdelkhalek en 2010, MSBM calcule un champ de déformation lié spécifiquement aux déplacements hors-plan caractérisant le flambage, champ de déformation qui est ajouté à la décomposition élastique – plastique et réactualisé à chaque itération du calcul éléments finis. Des comparaisons ont été effectuées avec les deux modèles couplés précédemment implantés par Abdelkhalek. Elles montrent les insuffisances du présent modèle de flambage, unidirectionnel, qui ne permet pas de traiter toutes ensemble les diverses instabilités, d'orientations différentes, qui ont lieu après la sortie d'emprise et se révèlent fortement couplées entre elles. Des pistes d'amélioration sont proposées en conséquence. / Modelling of on line manifest flatness defects in thin strip cold rolling is addressed as a problem of buckling under residual stresses. The latter are stresses built beyond the roll bite by the rolling process itself. To this aim, a buckling / post buckling model has been developed, giving strip shape, amplitude and stresses, based on Damil and Potier-Ferry's method and hereafter named MSBM like Multi-Scale Based Method. Its input is a post-bite stress map computed by a rolling model. Simplifications of the buckling model make it amenable to a series of 1D FEM solutions, but restrict its application to simple flatness defects such as wavy edges or wavy centre. In a decoupled version, it has been successfully compared with literature results. It allows parametric studies of practical interest, such as the influence of friction or work roll bending force on post-buckled strip shape and stress.In a second stage, this model is implemented as the internal buckling model in the FEM software Lam3/Tec3. As the previous one, implemented by Abdelkhalek in 2010, MSBM computes a strain field strictly due to the out-of-plane displacement which characterizes buckling. This strain field is introduced into the elastic – plastic decomposition and updated at each iteration of the finite element computation. Comparisons have been performed with the two models previously coupled to Lam3/Tec3 by Abdelkhalek. They show the limits of the present unidirectional buckling model, which cannot deal with all instabilities together, which have different orientations and take place after roll bite exit, which furthermore prove to be strongly interacting. Ideas for future generalization of the coupled model are proposed accordingly.

Les effets des nanoparticules (cisaillables et non-cisaillables) sur l’évolution microstructurale et l'évolution de la texture cristallographique des deux alliages à base d’aluminium après laminage à froid ont été étudiés dans cette thèse. Un alliage Al-Sc contenant des nanoparticules cisaillables de Al3Sc et un composite Al-TiB2 contenant des nanoparticules non-cisaillables TiB2 sont étudiés. La microscopie électronique en transmission (MET), la diffraction d'électrons rétrodiffusés (EBSD) et l’analyse de la texture par la diffraction de neutrons sont utilisées pour caractériser le développement de la microstructure et la texture cristallographique lors du laminage à froid des 2 alliages.La restauration dynamique pendant laminage a été inhibée dans la matrice contenant des Al3Sc nanoparticules cisaillables et TiB2 non-cisaillables. Par conséquent, peu de cellules de dislocation ont été générées dans la matrice, ce qui limite la diminution de la taille des grains.Le développement de la texture de laminage est retardé par les nanoparticules cisaillables ou les particules non-cisaillables. Des bandes d’orientation de cube résiduelles se trouvent dans les matériaux contenant des particules cisaillables dans une matrice très déformée en raison de la limitation du glissement croisé. La réduction de la proption volumique des composantes de texture du laminage se produit dans les matériaux contenant de grandes particules non-cisaillables (de l’ordre d’un micromètre) en raison de la recristallisation dans les PDZs (Particle Deformation Zones), ce qui contribue également à la diminution des grains.De plus, le cisaillement de nanoparticules favorise le glissades en plan, ce qui conduit à une forte localisation des déformations et à l'apparition de bandes de cisaillement. La génération de bandes de cisaillement dépend de l'orientation et est dû au changement soudain des chemins de déformation et et de l'inhibition de la récupération dynamique. Les nanoparticules non cisaillables ont probablement pivoté avec la matrice environnante, ce qui pourrait constituer un nouveau mécanisme de déformation. / The effects of shearable and non-shearable nanoparticles on the microstructure and crystallographic texture evolution of two Al-based alloys after cold rolling have been studied in this thesis. An Al-Sc alloy containing shearable Al3Sc nanoprecipitates and Al-TiB2 composite containing non-shearable TiB2 nanoparticles are investigated, respectively. Transmission electron microscopy (TEM), electron backscatter diffraction (EBSD) and neutron diffraction texture analysis are employed to characterize the microstructure and texture development of the two alloys during cold rolling.Dynamic recovery has been inhibited in the matrix containing both shearable (Al3Sc) and non-shearable (TiB2) nanoparticles due to the pinning effects. Hence, few dislocation cells are generated in these matrices that impedes the grain refinement.The development of rolling texture is retarded by either shearable nanoprecipitates or non-shearbale particles. Obvious residual Cube orientation bands are found in materials containing shearable precipitates at the deformed states due to the limitation of cross-slip. Volume reduction of rolling texture components occurs in materials containing large non-shearable particles (about 1 micrometer) due to the recrystallization at PDZs (Particle Deformation Zones), which contributes to grain refinement.In addition, the shearing of nanoprecipitates promotes planar slip leading to strong strain localization and the occurrence of shearbands. The generation of shearbands is orientation dependent and results from the sudden change of deformation paths and inhibition of dynamic recovery. The non-shearable nanoparticles probably have rotated together with the surrounding matrix, which could be a new deformation mechanism.