MODELISATION D'UN PROCESSUS DE FERMENTATION. ESTIMATION DES PARAMETRES DU MODELE STOCHASTIQUE PAR FILTRAGE NON LINEAIRE. COMMANDE OPTIMALE DU PROCESSUS.

MODELISATION ET IDENTIFICATION DES PARAMETRES DU MODELE DU COMPORTEMENT DES MICROORGANISMES DANS LE REACTEUR. OPTIMISATION DES CONDITIONS DE FONCTIONNEMENT D'UNE UNITE DE PRODUCTION DE BIOMASSE. DESCRIPTION DE L'UNITE PILOTE ET DES DIFFERENTS CAPTEURS PERMETTANT LA CONNAISSANCE DES VARIABLES PRINCIPALES DU PROCESSUS ET SA COMMANDE.

La représentation des nuages est une source importante d'incertitude dans les modèles à échelle synoptique ou globale. Pour l'améliorer, la solution retenue au Laboratoire de Météorologie Physique consiste à construire un modèle de nuage le plus réaliste possible, pour pouvoir ensuite le comparer avec des représentations plus simplifiées des nuages et détecter leurs éventuelles faiblesses. Dans un premier temps, un modèle de nuage tridimensionnel et à microphysique détaillée pour la phase liquide a été développé par Leporini (2005) à partir du modèle dynamique 3D de Clark et Hall (1991) et du modèle microphysique DESCAM (DEtailed SCAvenging Model) de Flossmann et al. (1985). L'objectif de cette thèse était de compléter ce modèle avec la phase glace. Le modèle final appelé DESCAM-3D utilise au total 195 variables pour décrire les caractéristiques microphysiques des nuages. De plus, 3 distributions (sur 5 au total) servent à représenter les particules d'aérosol résiduelles et interstitielles. Ainsi, le modèle DESCAM-3D est aussi un outil particulièrement adapté pour l'étude des interactions entre aérosol - nuage. <br />Le modèle DESCAM-3D a été validé par comparaison avec des mesures aéroportées dans un nuage convectif de la campagne CRYSTAL-FACE (Cirrus Regional Study of Tropical Anvils and Cirrus Layers – Florida Area Cirrus Experiment) et avec des observations de la précipitation au sol dans un cas de convection moyenne au dessus des Cévennes (Expérience Alès 2004). Enfin, les premières études des interactions aérosol-nuages avec DESCAM-3D ont déjà montré que le nombre des particules d'aérosol influence la précipitation au sol mais aussi la dynamique du nuage et de ce fait peut avoir des répercussions sur les propriétés de l'enclume des nuages convectifs.

Le travail présenté dans cette thèse concerne l'application des techniques de l'automatique au domaine automobile. Nous avons abordé plus particulièrement les problèmes de modélisation et de commande. Le travail est organisé en deux parties : la première est dédiée à un certain nombre d'aspects de modélisation. Une telle modélisation peut être effectuée en différents sous-ensembles et/ou représentée par des modèles plus ou moins compliqués. Les indicateurs plus souvent employés dans la littérature pour évaluer le comportement dynamique des véhicules, en terme de performance, tenue de route et confort sont analysés. La deuxième partie de la thèse met en évidence quelques problèmes de commande intéressants pour améliorer le comportement dynamiques des véhicules. Nous présentons ensuite, en vue de l'application au véhicule, une méthodologie de commande robuste et/ou adaptative développée au laboratoire d'automatique de Grenoble. Cette méthodologie est ensuite appliquée au problème de conduite automatique de véhicule, ou seul l'écart latéral, véhicule-trajectoire, est utilisé comme retour d'information. Pour simuler le comportement du véhicule, un modèle complet non linéaire est utilisé.

Les travaux présentés traitent des cinétiques de décrochement des biofilms bactériens formés au sein des équipements communément utilisé dans les agro-industries. Deux espèces bactériennes Pseudomonas et Bacillus ayant une forte capacité à former des biofilms dont la présence quasi permanente est reportés dans les industries alimentaires (viande, lait, légumes frais...) ont servi de modèles pertinent pour ces travaux. Par ailleurs Bacillus, bactéries potentiellement pathogènes capable de former des spores dont les capacités à adhérer et résister aux environnements chimiques et thermiques défavorables (détergents, traitement de pasteurisation, stérilisation) sont reconnues pour présenter un risque sanitaire majeur pour l'agro-industrie du fait de la contamination des produits alimentaires par l'outil de fabrication lui-même. Deux type d'études ont été effectués sur le nettoyage d'équipements utilisés en industrie agroalimentaire.Une première approche cinétique a été mise en œuvre pour étudier l'élimination de ces biofilms des surfaces au cours du nettoyage. Nous avons cherchés à identifier les rôles respectifs de l'action mécanique via la contrainte pariétale générée par l'écoulement ou chimique via différentes concentrations en NaOH puis la combinaison des deux actions chimiques et mécaniques. Un modèle biphasique a été proposé pour décrire ces cinétiques de nettoyage en pertinence avec deux phases très distinctes que nous interprétons comme l'élimination de deux fractions différentes du biofilm. Un détachement plus ou moins rapide (1 à 5 min) correspondrait à l'élimination de structure tridimensionnelles composées ou non d'exopolymères suivi par un détachement lent des cellules directement en contact avec les surfaces.Dans le cas des biofilms à Bacillus, il existe une fraction du biofilm composée par des spores pouvant représenter près de 90% du biofilm. Cette fraction particulière semble s'éliminer plus rapidement dans la première phase et pas du dans la seconde phase. Les données préliminaires sur biofilms mixtes montrent une résistance accrue de l'ensemble qui se traduit par une plus grande résistance de la partie de biofilm constituée par des cellules à Pseudomonas.La seconde thématique développée traite de la possible récontamination par les sopres de Bacillus décrochées lors du processus de nettoyage.La réadhésion des bactéries à pu être prouvée par le positionnement des tubes dans le circuit de nettoyage, ainsi que par l'utilisation d'un matériel complexe (vanne bidirectionnelle) communément utilisé dans les agro-industries. Ces travaux ont permis d'identifier les conditions présidant à cette récontamination. La conception hygiénique des outils de transformation prend tout son sens ici.

This thesis deals with the identification of automated discrete event systems (DES) operating in an industrial context. In particular the work focuses on the systems composed by a plant and a programmable logic controller (PLC) operating in a closed loop- the identification consists in obtaining an approximate model expressed in interpreted Petri nets (IPN) from the observed behaviour given under the form of a single sequence of input-output vectors of the PLC. First, an overview of previous works on identification of DES is presented as well as a comparative study of the main recent approaches on the matter. Then the addressed problem is stated- important technological characteristics of automated systems and PLC are detailed. Such characteristics must be considered in solving the identification problem, but they cannot be handled by previous identification techniques. The main contribution in this thesis is the creation of two complementary identification methods. The first method allows constructing systematically an IPN model from a single input-output sequence representing the observable behaviour of the DES. The obtained IPN models describe in detail the evolution of inputs and outputs during the system operation. The second method has been conceived for addressing large and complex industrial DES- it is based on a statistical approach yielding compact and expressive IPN models. It consists of two stages- the first one obtains, from the input-output sequence, the reactive part of the model composed by observable places and transitions. The second stage builds the non observable part of the model including places that ensure the reproduction of the observed input-output sequence. The proposed methods, based on polynomial-time algorithms, have been implemented in software tools, which have been tested with input-output sequences obtained from real systems in operation. The tools are described and their application is illustrated through two case studies.

Les alginates forment des gels transparents en solution aqueuse en présence de certains ions divalents. Cette propriété est principalement attribuée à la formation de zones de jonction impliquant les séquences (1->4)-a-L-guluronane de chaînes adjacentes. Des oligomères d'alginates ont été utilisés comme briques élémentaires pour la synthèse de polymères biohybrides contenant des chaines pendantes oligo-(1->4)-a-L-guluronane. La rhéologie et la diffusion de la lumière ont permis d'étudier leur gélification ionotropique. De plus, une image atomistique des associations entre chaines latérales a été donnée grâce à la modélisation moléculaire et la microscopie de force atomique. Les polymères biohybrides portant des résidus pendant (1->4)-a-L-guluronane forment des gels en présence de Ca2+. L'addition de blocs guluronane ou mannuronane au gel préformé fait diminuer sa force avec quasiment la même efficacité. L'étude par dynamique moléculaire de séquences (1->4)-a-L-guluronan totalement chargées en présence d'ions Ca2+ suggère qu'environ 8 unités de répétition sont suffisantes pour former spontanément des zones de jonction. De plus, l'analyse conformationnelle de duplexes de chaines (1->4)-a-L-guluronane ayant 12 unités de répétition révèle une grande variété de conformations accessibles, ce qui est consistant avec la difficulté d'obtention de cristaux de Ca2+-guluronate de dimension suffisante pour les études cristallographiques. Les forces d'adhésion entre des homo-oligomères d'alginates en présence de Ca2+ mesuré par spectroscopie de force atomique montrent que la force d'interaction croit selon l'ordre suivant: M-M < M-G or G-M < G-G. Un résultat important est que les blocs mannuronanes, en complexe avec le calcium, peuvent être impliqués dans des associations homotypiques et hétérotypiques. Ce résultat est consistant avec la détection d'agrégats d'oligomères de mannuronanes observés en diffusion de la lumière pendant l'addition de CaCl2. Les blocs M contribuent donc également à la formation du gel mais la force associée est plus faible que celle des blocs G.

Les forêts de montagne sont des ouvrages de protection naturels, qui en fonction des situations sont en mesure d'offrir une protection efficace vis-à-vis des risques naturels d'origine gravitaire : les chutes de pierres, les avalanches, les glissements de terrains, les laves torrentielles et l'érosion. Les interventions forestières, telles que les grands reboisements issus de la politique de Restauration des Terrains en Montagne (RTM) du XIXe siècle, ont démontré leur efficacité pour maîtriser l'érosion des versants en lien avec le phénomène de torrentialité. Depuis 2006, les nouveaux Guides des Sylvicultures de Montagne (GSM), français, suisse et italien, préconisent des nouvelles techniques sylvicoles pour la gestion et l'optimisation de la fonction de protection des peuplements forestiers de montagne. Ces préconisations concernent entre autre la réalisation d'ouvrages biologiques par l'utilisation des rémanents. Ces ouvrages ont pour vocation de limiter et le cas échéant de stopper la propagation de blocs rocheux, et de limiter le départ d'avalanches. Ils sont composés de grumes laissées au sol, parfois empilées les unes sur les autres, maintenues dans la pente par leur propres souches, d'autres souches ou des arbres encore sur pieds. Mais, si des directives techniques existent pour réaliser de tels ouvrages, aucune donnée scientifique n'était à ce jour disponible pour quantifier la pérennité de ces ouvrages.Ce travail de thèse s'inscrit dans la volonté de fournir ces connaissances scientifiques en se focalisant sur l'étude de la corrélation entre la durabilité des rémanents et leur dynamique de protection face aux chutes de blocs. L'objectif principal de cette thèse consiste à fournir des connaissances sur la cinématique de décomposition du bois et de proposer des modèles d'efficacité des rémanents en fonction du temps. A partir de mesures in situ, en laboratoire et d'une approche basée sur l'analyse de chronoséquences, nous avons étudié la cinématique de décomposition de trois espèces d'arbres présentes dans les Alpes (Pinus nigra, Picea Abies, Fagus sylvatica), et analysé les corrélations entre les variables physiques, chimiques et mécaniques qui ont été utilisées. Des premiers modèles prédictifs de l'évolution de l'efficacité des ouvrages pare-pierres en fonction du temps ont ainsi pu être construits.

Ce mémoire, a pour objet de présenter une synthèse de mes travaux de recherche et de les mettre en perspective avec l'objectif général de la conception et du développement d'un environnement logiciel pour la modélisation et la simulation. Ils sont présentés selon trois axes thématiques : - bien modéliser pour mieux simuler, - calculer efficacement, précisément et juste, - générer un code de calcul dédié. Un dernier chapitre, plus technique, présente les contours et les fonctionnalités de cet environnement logiciel intégré pour la modélisation et la simulation, dont la conception a été le cadre général et le fil conducteur de l'essentiel de mes travaux.

Cette thèse propose une méthode originale pour la génération automatique d'un code de simulation pour les systèmes à événements discrets. Cette méthode utilise l'information de localisation des produits lors du fonctionnement du système. Ce flux composé par des tuples (product id, location, time) constitue le point d'entrée pour l'algorithme proposé de génération d'un modèle de simulation de type réseau de files d'attente. Ce type d'approche permet, outre un gain important de temps pour la conception initiale du modèle, une maintenance et reconfiguration " on line " du modèle. La thèse est composée de 5 chapitres. Le premier chapitre pose la problématique et fixe le cadre théorique de la thèse. Le second chapitre est une revue de la littérature sur la simulation en général et sur les travaux utilisant la notion de trajectoires à des fins de modélisation. Le troisième chapitre sert à mettre en avant la proposition au cœur de cette thèse. Le quatrième chapitre décrit le générateur développé. Le cinquième et dernier chapitre présente les travaux d'expérimentation et de validation du générateur.