La production d'énergie décentralisée peut réduire à la fois les émissions, le coût énergétique, les pertes de transmission et de distribution associés aux grandes centrales énergétiques. Les microturbines, turbines à gaz inférieures à 1 MW, peuvent se développer dans le marché de la décentralisation à condition d'augmenter significativement leur efficacité. L’approche poursuivie est l’augmentation de la température de combustion de 1200 à 1600K dans un cycle récupéré. Le refroidissement de pales métalliques pour des microturbines récupérées nécessiterait une grande quantité d’air et réduirait l’efficacité. Le passage vers des matériaux réfractaires comme la céramique est nécessaire. Pour augmenter la fiabilité des turbines en céramique, les pales sont maintenues en compression par une jante en polymère renforcé de fibres de carbone dans un rotor renversé. La protection thermique du plastique est assurée par l'action combinée d'ailettes de refroidissement placées entre les pales et la jante et par un flux d'air froid purgé du compresseur vers les ailettes. L'étude présentée ici prédit les performances de cycle pour les turbines en céramique renversées. Un modèle numérique est construit à partir du cycle de Brayton dans lequel le bilan thermodynamique pour la turbine inclut les pertes énergétiques associées au concept. Les pertes modélisées sont les pertes de chaleur dans la turbine, la friction aérodynamique du rotor, les fuites d’air et de gaz, le pompage d’air de refroidissement. Les résultats montrent que l'efficacité du moteur peut atteindre 45% (avec un écart type de 1%), ce qui représente près de 8 points de gain sur les efficacités des microturbines commerciales (tous cycles thermodynamiques confondus). Les pertes associées au concept de turbine renversée ne dépassent pas 15 kW pour un moteur de 240 kW. Le débit d'air pour maintenir la jante à 600 K ne dépasse pas 6% de l'écoulement principal et la jante est soumise à 75% de la tension maximale tolérable par la fibre. Une turbine renversée est donc un concept qui offre le potentiel de révolutionner la production d'énergie distribuée en permettant d'égaler l'efficacité des génératrices Diesel.

Cette étude sur le démarrage des turbines à gaz (TAG) s’inscrit dans le cadre de l’hybridation d’un turbomoteur d’hélicoptère avec un objectif de réduction de consommation. En effet, un nouveau mode de vol pour hélicoptère bimoteurs est envisagé avec l’extinction d’un moteur en vol, ce qui permettrai tune économie de carburant de l’ordre de 15% d’après Safran Helicopter Engines. La certification d’untel mode de vol nécessite alors de progresser sur la compréhension de la phase de démarrage de la TAG pour garantir un taux d’échec de redémarrage en vol très faible ainsi qu’une capacité de réactivation d’urgence de la TAG éteinte. Le démarrage se décompose en deux grandes phases, la phase d’allumage et la phase d’accélération. A l’issue d’une étude phénoménologique détaillée, les paramètres d’influence ont été identifiés pour chacune de ces phases. Une campagne d’essais de démarrage au sol et à température ambiante, menée chez Safran Helicopter Engines, a été réalisée pour étudie r la capacité de redémarrage du turbomoteur RTM322. L’analyse des résultats a permis d’étayer l’étude phénoménologique effectuée ainsi que de fournir des données pour alimenter les premiers outils numériques 0D développés au court de cette thèse. Le modèle 0D implémenté permet de reproduire une séquence de démarrage complète, avec une prise en compte simple de l’allumage, et ce jusqu’au régime ralenti. Un travail d’extension des caractéristiques des différents composants et systèmes ainsi qu’une étude de différents phénomènes transitoire sont été nécessaire pour y parvenir. Les résultats d’essais étant cependant quasi-inexistants à bas régime,le modèle possède un certain degré d’incertitude dans ces conditions. Enfin, la capacité de réactivation rapide de la TAG a été étudiée avec l’évaluation des gains de temps potentiellement atteignables d’après les essais et à l’aide du modèle développé. Une campagne d’essais complémentaires dédiée aux faibles régimes et pour des conditions environnementales plus sévères en termes de pression et de température permettrait de réduire le degré d’incertitude des projections ainsi obtenues. Une nouvelle campagne d’essai permettrait aussi de tester les différentes améliorations proposées en termes de réactivation. / This study on the start-up phase of gas turbine engines takes place in the context of the hybridization of a helicopter turboshaft engine with a decreased fuel consumption target. A new flight mode for a twin engine helicopter with the shutdown of one engine in-flight is being considered. For Safran Helicopter Engines, this mode would allow up to 15% of fuel savings. The certification of this flight mode involves improving the understanding of the start-up phase of gas turbine engines towards a close-to-zero failure rate for in-flight restarts as well as a fast restart capability of the shutdown engine. The start-up phase is composed of two main steps: the light-up and the acceleration. A detailed phenomenological study has highlighted the factors influencing the performance for each of these two steps. A test rig campaign at sea level and ambient temperature, performed at Safran Helicopter Engines, took place in order to study the restart capability of the RTM322 turboshaft engine. Analyzing the results of this campaign provided support to the phenomenological study and fed the first 0D numerical tools developed in this thesis with data. The 0D model implemented can simulate a full start-up sequence towards idle speed, with a basic approach to account for the light-up phase. This achievement required working on the extension of the various component characteristics towards sub-idle speeds and also on the different transient phenomena involved. The lack of test rig data at low speed leads to a level of uncertainty in these conditions. Finally, the fast restart capability was studied, with the assessments of time saved potentially achievable from the test rig data and with the model developed in this thesis. A new test rig campaign dedicated to low speed operations with more severe environmental conditions in pressure and temperature would allow to lower the level of uncertainty of the simulation results. This would also be the opportunity to test the various improvements suggested in terms of fast restart.

Cette thèse a été co-encadrée par le laboratoire MAPS/AMS de France Telecom R&D (aujourd'hui MAPS/SHINE) et le laboratoire VERIMAG. Le développement de logiciels pour les systèmes embarqués présente de nombreux défis. Cette thèse s'intéresse à ceux posés par les interactions entre les trois phases de conception (les développeurs construisent à partir de spécifications un modèle du système exprimé dans un langage de conception i.e. de programmation), d'implantation (le modèle précédent est compilé en un exécutable du système qui est finalement déployé sur les plateformes réelles) et de validation (un ensemble de techniques sont mises en \oe uvre pour vérifier que le système implanté est correct vis-à-vis des spécifications). Pour cela nous nous intéressons aux caractéristiques du langage de conception et aux techniques de compilation de ce langage. Celles-ci permettent d'obtenir dans notre approche à la fois l'implantation du système et un modèle du système implanté. L'analyse de ce modèle permet la validation de l'implantation, ce qui suppose que ce modèle représente fidèlement le système implanté. Nous proposons la construction d'un langage de conception basé sur l'utilisation de composants logiciels prédéfinis dont le comportement dynamique est supposé connu. Nous illustrons cette démarche par la réalisation d'un prototype complet d'un langage appelé Buzz, inspiré des modèles de programmation à acteurs dans lequel les composants logiciels utilisés sont des composants Think accompagnés de leur modèle comportemental opérationnel constitué d'un composant BIP. Le compilateur associé à Buzz que nous avons développé à partir du compilateur Think existant (Nuptse) génère simultanément une architecture à composants Think pour l'implantation et un modèle à composants BIP à des fins d'analyse. Nous évaluons Buzz à travers deux expériences. La première présente le développement de bout en bout d'un logiciel pour un exemple académique sur lequel nous démontrons la pertinence des choix techniques. Think nous permet un support d'implantation complet (compilation, optimisation, déploiement) et BIP rend possible la vérification d'un ensemble de propriétés dynamiques du système. La deuxième expérience consiste à porter une application réelle de protocole radio utilisée dans des réseaux de capteurs et développée de manière classique, vers Buzz. Cette expérience démontre l'effectivité de notre proposition tant en termes de langage de programmation (l'expressivité de Buzz structure et simplifie le code original) qu'en termes d'outils de compilation et de vérification.

Les normes sur les émissions de polluants des automobiles sont de plus en plus sévères. Les moteurs à injection directe à rampe commune permettent d'atteindre ces exigences notamment grâce à l'injection du carburant à très haute pression. Cette pression varie de 200 à 1600 bar selon le point de fonctionnement du véhicule. L'objectif des travaux de thèse est de réaliser le contrôle de la pression du carburant avec deux contraintes principales : proposer une méthodologie de calibration du contrôleur à partir des caractéristiques techniques du système d'injection et améliorer à la fois la performance et la robustesse du contrôle. Les travaux réalisés se décomposent comme suit : étude du système d'injection et développement d'un modèle de connaissance ; développement des stratégies et des lois de commande ; mise en application sur véhicule. Les essais réalisés sur véhicule ont montré une amélioration des performances et de la robustesse du contrôle de la pression du carburant obtenue par la proposition d'une nouvelle méthodologie de calibration. Celle-ci est basée par l'obtention du contrôleur à partir des caractéristiques techniques du système d'injection et par l'utilisation de lois de commande avancées (commande H8 pour les systèmes Linéaires à Paramètres Variants (LPV)). En particulier l'approche basée sur l'utilisation des Transformations Linéaires Fractionnelles (LFT) a été considérée.

Les ensembles turbo-alternateurs des centrales électriques sont de grandes machines tournantes de plus de 50 mètres de long et de plusieurs centaines de tonnes. Lors du fonctionnement normal d'une telle machine, une probabilité non nulle existe d'un détachement accidentel d'une aube. Dans une telle situation, un balourd important est généré et du contact apparaît entre les parties tournantes et non tournantes de la machine. Il est alors capital de pouvoir simuler efficacement la dynamique de ce type d'évènement faisant intervenir de fortes non linéarités dans le système. Cette thèse a été réalisée dans le cadre du projet ANR (Agence Nationale de la Recherche) IRINA (SImulation et maîtRise des rIsques en coNception des mAchines tournantes) et en particulier entre le LaMCoS (LAboratoire de Mécanique des Contacts et des Structures) de l'INSA de Lyon et le département AMA (Analyses Mécaniques et Acoustiques) d'EDF R et D à Clamart. Elle a pour objectif de mettre au point une technique rapide de simulation du comportement des lignes d'arbres de machines tournantes en cas de présence de non linéarité de type contact entre rotor et stator. Pour atteindre cet objectif, une double démarche a été mise en place. La première consiste à mettre au point des modèles simplifiés afin de réduire le nombre de degrés de liberté du problème. De surcroît, une technique de réduction de modèle adaptée au cas de non linéarité localisée est utilisée afin de réduire encore plus la taille du système à résoudre. La seconde démarche consiste à mettre au point une technique de résolution rapide du système réduit afin d'obtenir la solution encore plus rapidement. Pour cela, au lieu d'utiliser les traditionnelles techniques d'intégration temporelle directe, c'est la méthode de la balance harmonique qui est mise à profit. Cette technique permet d'obtenir directement la réponse stabilisée du système grâce à une résolution des équations dans le domaine fréquentiel. Dans ce cadre, une maquette numérique a été mise au point mettant en oeuvre les fonctionnalités citées. Cette dernière permet de reproduire les phénomènes physiques périodiques ainsi que quasi-périodiques et de déterminer leur stabilité. Des études paramétriques sur des exemples de problèmes de contact rotor-stator viennent illustrer cette démarche. Enfin, une application sur un cas industriel de groupe turbo alternateur EDF est présentée.

Cette thèse se situe dans le cadre d'un processus d'aide à la décision multicritère et multi-acteurs. Elle porte sur la gestion de certains aspects de l'incertitude inhérente à l'évaluation multicritère dans un tel processus. Nous proposons à cet égard une modélisation et une formalisation mathématique de ce processus via une représentation possibiliste des évaluations. Nous avons également proposé de caractériser les distributions de possibilité relatives aux évaluations des différents critères par un ensemble d'indicateurs de description tels que l'imprécision, la divergence, etc., permettant ainsi une interprétation quantitative plus aisée pour le décideur. Nous avons considéré des opérateurs d'agrégation de la famille de l'intégrale de Choquet pour propager les distributions d'évaluations de critère ainsi que les indicateurs de description de distribution, en raison de leur capacité à prendre en compte des interactions entre les critères tout en gardant un caractère de moyenne “généralisée” aisément compréhensible par le décideur. Concernant la propagation des indicateurs, nous avons établi deux théorèmes clés, l'un portant sur l'union des valeurs supérieures et inférieures de l'intervalle moyen d'une distribution de possibilité et l'autre sur l'imprécision moyenne d'une distribution de possibilité la définissant comme la somme des imprécisions moyennes de distributions partielles adjacentes dont elle est l'union. Par ailleurs, Le concept d'explication de la décision a particulièrement constitué le noyau de notre modèle de processus d'aide à la décision. Ainsi à partir des théorèmes établis, nous avons proposé des fonctionnalités explicatives basées sur une quantification de la contribution d'indicateurs décisionnels des évaluations de critères à l'évaluation globale. Nous avons ainsi montré que chaque indicateur relatif à la distribution de l'évaluation globale s'écrit simplement comme une somme pondérée de contributions de critères. Sur le plan applicatif, nous nous sommes intéressés à la formalisation du processus de gestion de mesures de satisfaction de clients dans le contexte de la e-recommandation pour le e-commerce. Nous avons présenté une méthode d'évaluation multicritère des sites de e-commerce par une communauté d'internautes qui permet à la fois de prendre en compte l'importance relative des critères d'évaluation et les interactions entre ceux-ci, mais aussi de gérer différents aspects de l'incertitude inhérents à ce processus d'évaluation. Nous avons développé un prototype logiciel servant de support d'aide à la décision. Cet outil labellisé “Feedback Based Recommendation System” (FBRS) permet de fournir aux managers d'un site de e-commerce, en particulier les équipes marketing et benchmarking, des éléments qui leur permettent de comprendre les scores qui ont été attribués à leur site lors de l'évaluation par les clients. Nous avons montré comment il est alors possible d'identifier les critères les plus influents dans cette évaluation et comment utiliser cette analyse de contributions à des fins de suivi et de management des performances par les responsables marketing et benchmarking. Ces fonctionnalités sont ainsi une base de travail pour ces derniers pour améliorer les stratégies existantes.

Les ensembles turbo-alternateurs des centrales électriques sont de grandes machines tournantes de plus de 50 mètres de long et de plusieurs centaines de tonnes. Lors du fonctionnement normal d'une telle machine, une probabilité non nulle existe d'un détachement accidentel d'une aube. Dans une telle situation, un balourd important est généré et du contact apparaît entre les parties tournantes et non tournantes de la machine. Il est alors capital de pouvoir simuler efficacement la dynamique de ce type d'évènement faisant intervenir de fortes non linéarités dans le système. Cette thèse a été réalisée dans le cadre du projet ANR (Agence Nationale de la Recherche) IRINA (SImulation et maîtRise des rIsques en coNception des mAchines tournantes) et en particulier entre le LaMCoS (LAboratoire de Mécanique des Contacts et des Structures) de l'INSA de Lyon et le département AMA (Analyses Mécaniques et Acoustiques) d'EDF R et D à Clamart. Elle a pour objectif de mettre au point une technique rapide de simulation du comportement des lignes d'arbres de machines tournantes en cas de présence de non linéarité de type contact entre rotor et stator. Pour atteindre cet objectif, une double démarche a été mise en place. La première consiste à mettre au point des modèles simplifiés afin de réduire le nombre de degrés de liberté du problème. De surcroît, une technique de réduction de modèle adaptée au cas de non linéarité localisée est utilisée afin de réduire encore plus la taille du système à résoudre. La seconde démarche consiste à mettre au point une technique de résolution rapide du système réduit afin d'obtenir la solution encore plus rapidement. Pour cela, au lieu d'utiliser les traditionnelles techniques d'intégration temporelle directe, c'est la méthode de la balance harmonique qui est mise à profit. Cette technique permet d'obtenir directement la réponse stabilisée du système grâce à une résolution des équations dans le domaine fréquentiel. Dans ce cadre, une maquette numérique a été mise au point mettant en oeuvre les fonctionnalités citées. Cette dernière permet de reproduire les phénomènes physiques périodiques ainsi que quasi-périodiques et de déterminer leur stabilité. Des études paramétriques sur des exemples de problèmes de contact rotor-stator viennent illustrer cette démarche. Enfin, une application sur un cas industriel de groupe turbo alternateur EDF est présentée. / Power plants turbo-generator sets are large rotating machines of more than 50 meters long and weight several hundred tons. During normal operation of such a machine, there is a nonzero probability of an accidental disconnection of a blade. In such a situation, a significant imbalance is generated and contact may occur between the rotating and non-rotating parts. It is therefore essential to be able to effectively simulate the dynamics of this type of event involving strong nonlinearities in the system. This PhD was conducted within the framework of the ANR (Agence Nationale de la Recherche) IRINA (Simulation and risk control in rotating machinery design) and in particular between the LaMCoS (LAboratory of Contact Mechanics and Structures) of the INSA Lyon and the AMA department (Mechanical and Acoustic Analysis) at EDF R and D in Clamart. It aims to develop a fast technique for simulating the behavior of shafts of rotating machinery in case of presence of non-linearity of contact between rotor and stator. To achieve this goal, a dual approach was implemented. The first is to develop simplified models to reduce the number of degrees of freedom of the problem. In addition, a model reduction technique suitable for the case of localized nonlinearity is used to further reduce the size of the system to be solved. The second approach is to develop a technique for efficient resolution of the reduced system to obtain the solution more quickly. To do this, instead of using the traditional direct temporal integration techniques, the harmonic balance method is put to use. This technique allows to directly obtain the stabilized response of the system thanks to a resolution of the equations in the frequency domain. In this context, a numerical model has been developed to implement the features mentioned. The latter allows to reproduce the physical periodic and quasi-periodic phenomena and to determine their stability. Parametric studies of examples of problems of rotor-stator contact will illustrate this approach. Finally, an application on an industrial case of turbo generator EDF is presented.