Le pilotage en temps réel des systèmes de production nécessite de prendre des décisions complexes sur l'affectation des ressources ou le choix des tâches à réaliser. Compte tenu de l'importance de la pertinence des décisions pour la performance d'un atelier, le pilotage fait l'objet de travaux de recherche dont l'objectif est d'aider les preneurs de décision. En particulier, on ne sait pas évaluer les conséquences sur la performance d'une décision en temps réel car les bonnes performances résultent d'une séquence de décisions et non d'une seule. De ce fait, il est difficile d'établir quelle est la meilleure décision à prendre à un instant donné. Plusieurs auteurs ont utilisé la simulation pour apprendre des bonnes pratiques à l'aide d'approches d'apprentissage automatique, mais se sont heurtés à la difficulté d'obtenir des exemples ou des observations sur des décisions en temps réel, où la prise en compte des changements d'états est indispensable pour choisir des stratégies de production. Nous avons réussi à aborder ce problème en proposant une approche d'apprentissage à l'aide de réseaux de neurones, qui ne nécessite pas d'exemples, d'observations ni de connaissances d'experts préalables. Ce type d'apprentissage s'effectue par optimisation via simulation des paramètres du réseau de neurones par rapport à un objectif de performance du système. Il vise à extraire de façon autonome des connaissances sur la meilleure façon de décider d'un modèle de simulation. Nous montrons la faisablité et l'apport de notre approche sur deux exemples inspirés de la littérature

Ce travail est consacré à la simulation numérique des écoulements inertes et réactifs stabilisés en aval d'un élargissement brusque symétrique, alimenté par deux écoulements de canal pleinement développés d'air ou air+propane.<br />L'objectif est, d'une part, de tester sur une géométrie "simple", une modélisation de la combustion en écoulements turbulents et en régime de prémélange et, d'autre part, d'estimer le niveau de précision obtenue afin de pouvoir quantifier une éventuelle amélioration liée à l'utilisation de modèles plus sophistiqués. Le modèle de turbulence k-epsilon sous sa forme standard avec la loi de paroi, et le modèle de combustion du type PDF présumé, modèle CLE, ont été retenus pour nos simulations.<br />Une étude préliminaire du type KPP nous a permis de déduire les caractéristiques propagatives des zones de réactions moyennes à richesse constante, calculées sur la base du modèle de combustion retenu.<br />Dans ce travail, ont été simulés : trois écoulements inertes et trois écoulements réactifs à richesse constante pour nombres de Reynolds égaux à 25000, 50000 et 75000 et deux écoulements réactifs à richesse variable pour nombre de Reynolds 25000.<br />Concernant les écoulements inertes, on retrouve bien la dissymétrie observée expérimentalement des deux zones de recirculation moyennes. Pour les écoulements réactifs à richesse constante, on retrouve également la resymétrisation de l'écoulement moyen observée expérimentalement.<br />En revanche, la longueur des zones de recirculation moyenne est fortement sous-estimée par le calcul.<br />Un comportement auto-semblable dans la zone proche de l'élargissement est également retrouvé. Pour les écoulements à richesse variable, la perte de symétrie de l'écoulement moyen est bien retrouvée, mais les longueurs des zones de recirculation moyennes sont toujours sous-estimées par le calcul. Des indicateurs quantitatifs d'écart entre les résultats numériques et expérimentaux sont fournis pour les écoulements inertes et réactifs considérés, permettant à l'avenir, d'estimer le gain apporté par le recours à des simulations basées sur une évolution ou sur une amélioration de modèles physiques retenus de le cadre de cette étude.

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Les infiltrations d’eau souterraines possiblement liées à un système de structures majeures représentent un défi d’ingénierie pour la mine Éléonore. Le pompage et la pré-cimentation par forages pilotes du massif sont les méthodes de mitigation préconisées pour contrôler les flux d’eau entrant dans les excavations souterraines de la mine. Bien que ces méthodes s’avèrent satisfaisantes pour réduire les flux entrant, une optimisation des techniques de pré-cimentation est souhaitable afin de réduire les quantités de ciment utilisées. Un modèle numérique 3D d’éléments finis par volumes de contrôle construit en adaptant la méthodologie de Blessent (2009) avec maillage tétraédrique a été appliqué afin de représenter le système d’écoulement en milieux poreux équivalents couplé aux structures majeures. Les résultats du calage effectué sur le modèle 3D numérique à partir d’un essai de pompage ont montré que le modèle conceptuel initial nécessite un plus grand raffinement des puits ainsi que des investigations supplémentaires sur les structures majeures les plus conductrices. Les caractéristiques calées du modèle 3D numérique ont été utilisées afin de construire un modèle conceptuel 2D de chantier typique. Des analyses de sensibilité d’injection de ciment pour trois différents modèles conceptuels de chantier avec une structure majeure conductrice ont été effectuées pour évaluer la réduction du flux entrant dans le chantier. Les résultats des analyses de sensibilité montrent que les conditions d’écoulement régional ont peu d’influence sur le flux entrant dans le chantier. Aussi, les analyses de sensibilité ont montré que dans l’éventualité d’une structure majeure interceptant le chantier, l’injection de ciment dans la structure est plus efficace pour réduire le flux entrant dans le chantier. Or, dans le cas d’une structure majeure au-dessus du chantier, l’injection de ciment entre le chantier et la structure est plus efficace que de cibler directement la structure. / Groundwater infiltrations into underground excavations represent a major engineering challenge at the Éléonore mine. Pumping and pre-grouting are the mitigation methods used to control water inflows into the mine workings. Even though these methods seem to give good results to reduce water inflows, a better understanding of the flow system throughout the domain of interest and optimisation of pre-grouting approaches can be achieved to reduce the amount of cement used for grouting. A 3D finite-element by control volume model is built with the modified approach of Blessent (2009), including a tetrahedral mesh to represent the porous media coupled to the major structures. The calibration results from the 3D numerical model with a pumping test show that an increased refinement of wells and more investigations on the structures properties on-site should be done. It is also suggested that the division of the porous mass into five hydrostratigraphic intervals should be reviewed. The calibrated properties of the 3D numerical model are then used to build a 2D conceptual model of a fictive stope with a water-conductive structure nearby. Sensitivity analysis of cement injection into the porous mass or the structure itself are performed with three different versions of this conceptual model. The results of these analysis show that a condition of regional flow through the model has no significant impact on the results. The sensitivity analysis show that for a fracture above the stope, grouting the area between the stope and the fracture is better to reduce water inflows in the stope than grouting the structure itself. Also, in the case of a structure intercepting the stope, grouting the structure as widely as possible is more efficient to reduce the inflows into the stope.

L'objectif général de ce travail était d'appliquer un modèle de transfert de masse et de chaleur basé sur l'approche du potentiel hydrique au séchage à haute température. L'étude a comporté trois volets. Le premier volet a porté sur l'adaptation du modèle de transfert 2D existant pour le séchage à moyenne température et le séchage sous vide au séchage à haute température. Le deuxième volet, soit la partie principale de l'étude, a été consacré à la détermination expérimentale des paramètres du modèle de transfert à haute température. Le troisième volet a consisté à valider le nouveau modèle de transfert à l'aide de simulations et d'essais de séchage en laboratoire. La mesure des paramètres expérimentaux fut effectuée sur le bois d'aubier et de duramen d'épinette blanche (Picea glauca (Moench) Voss). Les paramètres mesurés furent les coefficients de transfert convectif de masse et de chaleur, la conductivité hydrique effective, le ratio flux de vapeur/flux total, la perméabilité intrinsèque du bois et sa perméabilité relative au gaz. D'autres paramètres comme la relation teneur en humidité-potentiel hydrique, la diffusivité effective de la vapeur dans le bois et la conductivité thermique furent tirés ou déduits de la littérature. Les essais de validation ont porté sur deux chargements de colombages de bois d'épinette blanche séchés à 105 et 115ʻC. Les résultats de ces essais ont été comparés aux résultats de simulation obtenus à partir du modèle de transfert à haute température implanté dans deux codes numériques différents, soit le code DRYTEK écrit en Fortran et le code DRYMEF écrit en C++. Les coefficients de transfert convectif de masse et de chaleur déterminés à des températures de 105 et 115ʻC et à une vitesse de l'air de 3 m/s demeurent constants aux teneurs en humidité moyennes au-dessus de 60% et diminuent graduellement par la suite. Il s'avère aussi que la position dans l'arbre (aubier vs duramen) a un effet important sur l'évaluation des coefficients de transfert convectif de masse et de chaleur. Il en est de même pour l'épaisseur des planches, particulièrement aux teneurs en humidité élevées. Les résultats démontrent également que les coefficients de transfert convectif de masse et de chaleur augmentent avec la température. Les mesures de la conductivité hydrique effective à 105 et 115ʻC démontrent que celle-ci est fortement affectée par la teneur en humidité du bois, la température et la direction structurale. La conductivité hydrique décroît avec la teneur en humidité du bois et augmente avec la température d'une façon exponentielle. Elle est plus élevée dans la direction longitudinale que dans les directions radiale et tangentielle. À une teneur en humidité et à une température données, aucune différence n'a été observée entre la conductivité hydrique effective de l'aubier et celle du duramen. Les résultats des mesures du ratio flux de vapeur/flux total ont montré que ce dernier est comparable à celui rapporté dans la littérature pour le séchage à moyenne température et qu'il est indépendant de la température et du type de bois (aubier vs duramen). Les résultats des mesures de perméabilité intrinsèque indiquent que la perméabilité longitudinale est d'au moins deux ordres de grandeur plus élevée que les perméabilités radiale et tangentielle. Le bois d'aubier est plus perméable que le bois du duramen, peu importe la direction structurale. Finalement, la comparaison des résultats des essais de validation aux résultats de simulation des deux codes utilisés indique que DRYTEK simule très bien la courbe moyenne de séchage à haute température, les profils de température ainsi que la pression au centre du bois. Les profils de teneur en humidité simulés semblent cependant trop plats. Malgré les quelques disparités observées, on peut conclure en la validité du modèle de transfert utilisé et de l'adaptation de DRYTEK pour le séchage à haute température par l'ajout de l'équation de pression. Il en est de même pour les valeurs expérimentales mesurées pour les paramètres de modélisation. Quant au code DRYMEF, il simule mieux les profils de teneur en humidité mais certains ajustements restent à faire pour améliorer la précision des résultats de simulation.

Cette recherche s’inscrit dans le cadre général de la 3D interactive en temps réel comme outil de représentation, d’aide à la conception et à la communication des idées et hypothèses de design. Un facteur, l’interaction et plus précisément la navigation dans les Environnements Virtuels (EV) 3D non immersifs est l’objet de cette recherche. Par le biais d’une approche expérimentale, l’influence de la 3D interactive en temps réel sur l’acquisition des connaissances spatiales est illustrée par l'étude du mode d’exploration dans un espace virtuel complexe. En effet, les résultats de la recherche montrent une influence positive de la 3D interactive sur la formation d’une compréhension spatiale des environnements en mode d’exploration actif. Alors qu’en mode d’exploration passif, il s’est avéré que les esquisses comportaient plus d’erreurs dans la représentation des espaces. / This research is part of the general framework of real time 3D interaction as a tool for representation, aided design and communication of design ideas. A factor, interaction and more precisely, navigation in a non immersive 3D Virtual Environment (VE), is the research subject. Using an experimental approach, the influence of real time 3D interaction on the acquisition of spatial knowledge is demonstrated, through observation of exploration modes in a complex virtual space. The research results stress a positive influence on spatial understanding through 3D interaction of visited environments during an active exploration. However, during passive exploration mode, the results revealed sketches with more spatial representations errors.

Ce projet de recherche traite du domaine de l’intelligence artificielle, plus précisément de la programmation logique, un type de programmation utilisée pour concevoir des systèmes dits intelligents. Ce type de programmation est toutefois assez complexe à assimiler et il n’existe, à notre connaissance, aucun outil interactif qui permette de montrer efficacement le processus d’exécution d’un programme logique. L’objectif de cette recherche consistait donc à proposer un modèle d’outil facilitant la compréhension de la résolution d’un programme logique. Le modèle proposé permet de représenter graphiquement et dynamiquement la trace de résolution d’un programme logique. Un prototype a été construit pour valider ce modèle avec des programmes écrits en langage Prolog. L’utilisateur peut ainsi suivre les étapes d’exécution à travers l’affichage dynamique d’un arbre de dérivation. Actuellement, le modèle ne permet pas de prendre en compte des programmes écrits avec différents langages de programmation, une telle généralisation serait une bonne amélioration.

L’éco-efficacité est un concept qui a été spécifiquement conçu pour le monde de l’entreprise, et qui lie les performances environnementales et économiques d’un produit ou d’un service. Depuis 2012, l’éco-efficacité fait l’objet d’une méthode d’évaluation normalisée (ISO 14045) qui impose l’analyse de cycle de vie pour évaluer les impacts potentiels à l’environnement. L’évaluation de l’éco-efficacité offre ainsi au monde de l’entreprise l’opportunité de prendre des décisions non plus basées uniquement sur des égards économiques, mais prenant aussi en considération les impacts potentiels à l’environnement. Parmi les innombrables activités industrielles susceptibles de tirer profit du concept d’éco-efficacité se trouve la transformation des produits laitiers. En effet, ce secteur de l’industrie agro-alimentaire permet certes de valoriser la matière première laitière, mais exploite parallèlement une part significative des ressources naturelles. Le premier objectif de cette thèse a été de réaliser un état des lieux sur l’évolution et la mise en oeuvre du concept d’éco-efficacité dans le domaine de la transformation laitière. Une première étude a permis d’observer l’activité de transformation des produits laitiers sous une perspective de cycle de vie, et d’explorer les développements successifs du concept d’éco-efficacité dans ce domaine. Cette étude a notamment montré que la simulation de procédés présentait un potentiel intéressant pour lever les difficultés associées à l’évaluation de l’éco-efficacité selon la norme ISO 14045, soit les nécessités de disposer d’inventaires complets de flux de matière et d’énergie et d’une certaine expertise en analyse de cycle de vie. Par conséquent, le second objectif de cette thèse a été de développer un outil de simulation de procédés permettant l’évaluation de l’éco-efficacité des procédés de transformation des produits laitiers. Une seconde étude a ainsi permis le développement d’un prototype de logiciel permettant l’évaluation de l’éco-efficacité des produits laitiers. Ce prototype repose sur un simulateur de procédés spécifiquement développé pour la transformation laitière et intègre des jeux de données d’impacts potentiels à l’environnement. Ces caractéristiques lui permettent de générer des inventaires détaillés de flux de matière et d’énergie, et de procéder à l'évaluation des impacts potentiels à l’environnement, levant ainsi les difficultés identifiées lors de la première étude. Le prototype développé permet non seulement d'évaluer l’éco-efficacité des procédés modélisés, mais aussi d’identifier les opportunités d'améliorations, de comparer plusieurs scénarios de valorisation du lait cru, et d'évaluer la viabilité économique des scénarios modélisés. Cet outil a été utilisé lors d’une troisième et dernière étude, afin d’évaluer la contribution des opérations de séparation par membrane à l’éco-efficacité globale des procédés de transformation des produits laitiers. Ces opérations sont omniprésentes dans le domaine de la transformation laitière et présentent un potentiel non démontré d’amélioration de l’éco-efficacité. Trois scénarios de production de fromage Cheddar ont été comparés dans cette étude : deux intégrant des opérations de séparation par membrane à l’étape de standardisation du lait de fromagerie, et un dénué de telles opérations. Les résultats obtenus ont montré que même si l’introduction de procédés de séparation par membrane à l’étape de standardisation des laits de fromagerie permet d’augmenter significativement les rendements fromagers, elle ne permet pas d’augmenter l’éco-efficacité de cette transformation laitière. L’analyse des résultats a permis de déterminer que les potentiels d’amélioration de l’éco-efficacité par l’introduction de procédés de séparation par membranes se situaient probablement aux étapes de valorisation des sous-produits laitiers. Les travaux de cette thèse ont rencontré l’ensemble de leurs objectifs et contribuent ainsi à rendre l'évaluation de l'éco-efficacité plus accessible à l’ensemble des décideurs liés de près ou de loin à l’industrie de transformation des produits laitiers. / Eco-efficiency is a concept specifically designed for the business world and which links theenvironmental and economic performances of a product or service. Since 2012, eco-efficiency is subject to a standardised assessment (ISO 14045) which imposes life cycle analysis to conduct the assessment of the potential environmental impacts. Eco-efficiency assessment thus offers the business world the opportunity to make decisions not only based on economical criteria but also factoring in the potential environmental impacts. Among the countless industrial activities likely to benefit from the eco-efficiency concept is dairy processing. Indeed, this sector of the agri-food industry surely enables valorisation of dairy raw material but it concomitantly exploits a significant part of the natural resources. The first objective of this thesis was to conduct a state of play on the development and implementation of the ecoefficiency concept in the dairy processing field. A first study enabled to look at the dairy processing activity from a life-cycle perspective, and to investigate the successive developments of the eco-efficiency concept in this field. In particular, the study showed that process simulation presented a sound interest in overcoming the difficulties associated with eco-efficiency assessment according to the ISO 14045 standard: the need for a complete inventory of material and energy flows, and for a certain expertise in life cycle analysis. Therefore, the second objective of this thesis was to develop a process simulation tool enabling the ecoefficiency assessment of the dairy processes. A second study thus led to the development of a software prototype allowing for eco-efficiency assessment of dairy products. This prototype relies on a process simulator specifically designed for dairy processes and which includes datasets of potential environmental impacts. These features allow for both the generation of detailed inventories of material and energy flows and potential environmental impact assessments, thereby overcoming the challenges identified in the first study. The developed prototype not only allows for eco-efficiency assessments of the modelled processes but also enables identification of the improvement opportunities, comparison of multiple scenarios of raw milk valuation, and assessment of the economic viability of the modelled scenarios. This tool was used in a third and last study in order to assess the contribution of pressure driven filtration operations to the overall eco-efficiency of dairy processes. These operations are omnipresent in the dairy processing activity and hold a potential for eco-efficiency improvement which has not been yet demonstrated. Three scenarios of Cheddar cheese production were compared in this study: two integrating pressure driven filtration processes at the cheese milk standardisation stage, and one that did not include such operations. Results revealed that although introducing pressure driven filtration processes at the cheese milk standardisation stage can significantly improve the cheese yields, it does not allow for an improvement of the eco-efficiency of the cheese production process. Analysis of the results showed that t he potentials for eco-efficiency improvements in dairy processing through the introduction of pressure driven filtration operations could probably be achieved by incorporating them in the by-product valuation processes. The research work conducted within the framework of this thesis fulfilled all the different objectives set and therefore should help make eco-efficiency assessment more accessible to all the decision-makers related in one way or another to the dairy processing industry.

Pratique agricole répandue dans les champs sujets à l’accumulation d’eau en surface, le drainage souterrain améliore la productivité des cultures et réduit les risques de stagnation d’eau. La contribution significative du drainage sur les bilans d’eau à l’échelle de bassins versants, et sur les problèmes de contamination dus à l’épandage d’engrais et de fertilisant, a régulièrement été soulignée. Les écoulements d’eau souterraine associés au drainage étant souvent inconnus, leur représentation par modélisation numérique reste un défi majeur. Avant de considérer le transport d’espèces chimiques ou de sédiments, il est essentiel de simuler correctement les écoulements d’eau souterraine en milieu drainé. Dans cette perspective, le modèle HydroGeoSphere a été appliqué à deux bassins versants agricoles drainés du Danemark. Un modèle de référence a été développé à l’échelle d’une parcelle dans le bassin versant de Lillebæk pour tester une série de concepts de drainage dans une zone drainée de 3.5 ha. Le but était de définir une méthode de modélisation adaptée aux réseaux de drainage complexes à grande échelle. Les simulations ont indiqué qu’une simplification du réseau de drainage ou que l’utilisation d’un milieu équivalent sont donc des options appropriées pour éviter les maillages hautement discrétisés. Le calage des modèles reste cependant nécessaire. Afin de simuler les variations saisonnières des écoulements de drainage, un modèle a ensuite été créé à l’échelle du bassin versant de Fensholt, couvrant 6 km2 et comprenant deux réseaux de drainage complexes. Ces derniers ont été simplifiés en gardant les drains collecteurs principaux, comme suggéré par l’étude de Lillebæk. Un calage du modèle par rapport aux débits de drainage a été réalisé : les dynamiques d’écoulement ont été correctement simulées, avec une faible erreur de volumes cumulatifs drainés par rapport aux observations. Le cas de Fensholt a permis de valider les conclusions des tests de Lillebæk, ces résultats ouvrant des perspectives de modélisation du drainage lié à des questions de transport. / Tile drainage is a common agricultural management practice in plots prone to ponding issues. Drainage enhances crop productivity and reduces waterlogging risks. Studies over the last few decades have highlighted the significant contribution of subsurface drainage to catchments water balance and contamination issues related to manure or fertilizer application at the soil surface. Groundwater flow patterns associated with drainage are often unknown and their representation in numerical models, although powerful analysis tools, is still a major challenge. Before considering chemical species or sediment transport, an accurate water flow simulation is essential. The integrated fully-coupled hydrological HydroGeoSphere code was applied to two highly tile-drained agricultural catchments of Denmark (Lillebæk and Fensholt) in the present work. A first model was developed at the field scale from the Lillebæk catchment. A reference model was set and various drainage concepts and boundary conditions were tested in a 3.5 ha tile-drained area to find a suitable option in terms of model performance and computing time for larger scale modeling of complex drainage networks. Simulations suggested that a simplification of the geometry of the drainage network or using an equivalent-medium layer are suitable options for avoiding highly discretized meshes, but further model calibration is required. A catchment scale model was subsequently built in Fensholt, covering 6 km2 and including two complex drainage networks. The aim was to perform a year-round simulation accounting for variations in seasonal drainage flow. Both networks were simplified with the main collecting drains kept in the model, as suggested by the Lillebæk study. Calibration against hourly measured drainage discharge data was performed resulting in a good model performance. Drainage flow and flow dynamics were accurately simulated, with low cumulative error in drainage volume. The Fensholt case validated the Lillebæk test conclusions, allowing for further drainage modeling linked with transport issues.

Les chambres de réverbération, originellement conçues pour la compatibilité électromagnétique, connaissent un nouvel essor depuis quelques années. Elles sont de plus en plus utilisées pour simuler des canaux de communication. L'objectif fondamental de ce travail de recherche est la conception et la fabrication d 'une chambre de réverbération de faible encombrement pour récréer de manière physique des canaux de communi~ation à partir de 800 MHz. Un tel dispositif est un atout précieux pour l'étude et le développement de systèmes de communication mobiles, car il permet dans un laboratoire de confronter le système de communication à des conditions comparables aux conditions réelles et facilement reproductibles. L'utilisation d 'une chambre de réverbération permet de s'affranchir des défauts des générateurs de canaux électroniques dont le débit est souvent limité et dont le caractère aléatoire est souvent très discutable. La chambre de réverbération devient donc un outil de choix pour le développement de systèmes mobiles à haut débit. Ce mémoire présente succinctement les canaux de communications multitrajets et les chambres de réverbération et aborde la conception de notre chambre de réverbération à travers des considérations théoriques et des simulations numériques. Finalement les performances de notre chambre de réverbération sont présentées et analysées.