Quel que soit le domaine d'application, les membranes doivent fréquemment subir des procédures de nettoyage et/ou de désinfection afin d'éliminer le colmatage qui découle de la filtration. Ces nettoyages sont responsables d'une accélération du vieillissement des matériaux qui impacte directement les performances techniques et économiques des procédés membranaires. La pérennité de ces derniers passe par l'identification des principaux facteurs responsables du vieillissement et par la compréhension des mécanismes qui le régissent. Le vieillissement statique de membranes d'ultrafiltration spiralée en polyethersulfone et fibres creuses en polysulfone respectivement utilisées pour la filtration du lait et pour la production d'eau potable a été étudié. Ce vieillissement a été mis en place selon la méthodologie des plans d'expériences qui a permis l'étude simultanée de la concentration, de la température et du temps de contact membrane/détergents et ce, pour différents détergents formulés couramment utilisés sur les sites de production (alcalin, acide, enzymatiques, oxydant chloré et oxydant non chloré). Les résultats ont permis de modéliser statistiquement les modifications membranaires induites par chaque détergent. Ces modifications ont été suivies aussi bien à l'échelle microscopique que macroscopique afin d'appréhender le phénomène de vieillissement dans sa globalité : propriétés de transport, propriétés mécaniques, propriétés de surface, ainsi que les modifications de la composition chimique du polymère constitutif de la membrane. Des préconisations d'utilisation des différents produits sont proposées : véritable carnet de bord les industriels. / In Food Industries, using membrane processes, contact with cleaning chemicals is believed to play an important role in membrane ageing. In this thesis, polysulfone hollow fibers and polyethersulfone spiral wound membranes were used to simulate the industrial cleaning in static conditions. Ageing of the membrane was mimicked by immersing samples in solutions containing commercial detergents with various concentrations, temperatures and soaking times defined by experimental designs. In an innovative way in the chemical membranes ageing research, an approach based on methodological tools has been realized for different formulated detergents (alkaline, acidic, enzymatic, oxidant and biocide). The main interest is to achieve a relevant ageing pattern without using an accelerated ageing protocol which has been proved to be not relevant. Results allow modeling macroscopic ageing involved by each detergent. Those modifications have been studied as well at the macroscopic scale as at the microscopic scale in order to put membrane ageing in a global perspective: flux, mechanical properties, surface properties, polymer modifications. Specifications of using can be advised according to membranes and products which represent a real oversight handbook about membrane cleaning for industrial users.

Les centrales à concentration utilisent la radiation solaire directe pour produire de la chaleur et, comme dans la plupart des cas, de l’électricité par transformation de cette chaleur. Les centrales dites « à tour » sont associées à un vaste champ héliostatique dont l’alimentation se fait généralement par de longs câbles à l’intérieur de tranchées qui peuvent mesurer plusieurs kilomètres. Pour pallier cette solution, la thèse s’inscrit donc dans l’évaluation de la mise en place d’héliostats autonomes énergétiquement via un générateur solaire et un stockage électrochimique (batteries). Le dimensionnement de ce système est optimisé par la commande des deux moteurs des héliostats (azimut et élévation) en vue de minimiser leur consommation globale. L’impact environnemental global est également comparé par rapport à la solution des tranchées grâce à une analyse de cycle de vie. Cette recherche est effectuée au sein du laboratoire LAPLACE de Toulouse en collaboration avec le laboratoire PROMES d’Odeillo. / Heliostats of solar thermodynamic plants can be numerous. Long cables cross the field to supply two motors per heliostat, which actually enable the double rotation to track the Sun on the azimuth side and elevation side. The main objective of this research is to evaluate the possibility of using autonomous heliostats with a photovoltaic generator, in order to avoid these kilometers of cables. In the first part of the research, a life cycle assessment is compared between the classical architecture and the autonomous heliostat. Then, an optimization of the consumption per heliostat by the control on a single rotation is tracked. The most significant change is the use of one chopper for the two motors instead of two. At least, the research focuses on the impact on the size of the photovoltaic generator and storage capacity on a whole year according the optimization on a single rotation.

Les suspensions concentrées sont des fluides qui présentent des propriétés rhéologiques complexes. Ces propriétés sont modélisées par des équations structurelles qui considèrent à la fois les phases liquide et solide, mais avec un manque de lien avec les paramètres granulaires (en particulier la compacité des suspensions non modèles). L'objectif global de ce travail est d'étudier la dépendance de la viscosité de suspensions concentrées énergétiques aux propriétés physico-chimiques de leurs composants. Les propriétés ayant l'impact le plus significatif sur la viscosité sont choisies en utilisant la méthodologie des plans d’expériences. Le modèle résultant représente le diamètre médian D50 en volume de petites et grandes particules, la densité des grosses particules d, la surface spécifique des particules, la contrainte de cisaillement γ ̇ appliquée à la suspension, la viscosité du fluide de suspension ηf et une constante valeur pour la fraction volumique en solide φ≃0.51. De plus, ce modèle permet de prédire la viscosité des suspensions étudiées pour une fraction volumique en solide allant de 0 à 0,51 %. / Concentrated suspensions are fluids which display complex rheological properties. These properties are modelled through structural equations which consider both the liquid and solid phases, but with a lack of consistency for the granular parameters (in particular the maximum packing fraction of non-model suspensions). The overall objective of this paper is to investigate the dependence of the viscosity of energetic concentrated suspensions on the physicochemical properties of their components. The properties with the most significant impact on the viscosity are chosen using the Design of Experiments methodology. The resulting model accounts for the mass median diameter D50 in small and large particles, the large particles density d, the specific surface area of small particles, the shear stress γ ̇ applied to the suspension, the viscosity of the suspending fluid η_f and a constant value for the volume fraction in solid ϕ≃0.51. Moreover, this model allows predicting the viscosity of the studied suspensions for a volume fraction in solid from 0 to 0.51 %

Les grandes entreprises ferroviaires intègrent au niveau du matériel roulant une grande variété de systèmes complexes qui se doivent d’être fiables et ce, dès le démarrage du service commercial. Ce travail de thèse propose une méthodologie expérimentale pour l’amélioration de la robustesse d’un système prédominant, à savoir l’accès voyageurs. L'objectif est d'améliorer sa fiabilité intrinsèque dans un laps de temps raisonnable dans le cadre de projet industriel contraint par le temps. La méthodologie expérimentale proposée s’appuie sur la méthode des essais aggravés et accélérés de fiabilité, et se veut être optimisée grâce à l’utilisation de plans d’expériences D-optimaux. Après une analyse bibliographique, suivie d’une étude sur l’utilisation des plans d’expériences D-optimaux, ce travail expose les méthodes et moyens expérimentaux mis en place pour utiliser les plans d’expériences dans un contexte industriel. La dernière partie de cette thèse contient les résultats quantitatifs et qualitatifs issus des expérimentations réaliséessur le banc d'essais du système accès voyageurs développé par Bombardier. / The train manufacturer companies handle a large number of complex systems in their trains. These systems must be reliable to ensure reliability of the final product as soon the entry into commercial services. This thesis provides an experimental solution to improve robustness of a predominate system, namely passengers access system. The goal is to improve inherent reliability in a reasonable amount of time to be integrated in a project phase. This experimental method is based on testing aggravated and accelerated method temporally optimized with using of D-optimal design of experiment. After a literature review, followed by a focus on the definition and use of experimental design D-optimal, this work will present experimental methods and means used to set up the experimental design in an industrial context. The last part of this thesis contains quantitative and qualitative results performed on the passenger’s access test bench developed by Bombardier.

Dans ce travail, une nouvelle approche de conduite des observations radar de la forêt est proposée. Elle combine des méthodes statistiques pour l’analyse de sensibilité et les plans d’expériences numériques séquentiels et un code de calcul simulant la rétrodiffusion d’une forêt en vue de l’élaboration d’un modèle approché (métamodèle) à moindre coût numérique. L’introduction de ces outils mathématiques a pour objectif d’aider à la planification et à l’exécution des simulations radar et à l’organisation et l’analyse de leurs résultats. D’une part, les techniques de l’analyse de sensibilité sont appliquées afin de classer par ordre d’importance les paramètres d’entrée du modèle et d’identifier les paramètres de la forêt les plus significatifs ainsi que leurs effets sur le signal radar. D’autre part, la construction d’un métamodèle adaptable accélère le code de calcul, en préservant la physique du phénomène. Le cadre opérationnel de ce modèle approché sert finalement à introduire le principe du radar cognitif dans notre stratégie. Dans ce cas, une analyse rapide du signal reçu est nécessaire pour concevoir, en temps réel, le nouveau signal à émettre. De cette façon, les observations du radar simulées incluent en temps réel l’effet de l’environnement illuminé grâce aux simulations plus rapides et ciblées. / In this work, a new approach to conduct the radar observations of forests is proposed. It combines statistical methods for sensitivity analysis and adaptive design of simulation experiments and a numerical code simulating the the forest backscattering for the use of a approximate model (metamodel) with less computational cost. The introduction of these mathematical tools has as an objective to assist the design and the execution of radar simulations and at the organization and the analysis of their results. On the one hand, the sensitivity analysis techniques were applied in order to classify the input parameters by means of their importance and to identify the most significant forest parameters as well as their effects on the radar signal. On the other hand, the construction of an adaptive metamodel accelerates the simulation model, while keeping the physics of the phenomenom. The operational frame of this approximate model serves finally in the introduction of the cognitive radar principle in our strategy. In that case, a fast analysis of the received signal is necessary to design, in real time, the new signal to be emitted. That way, the simulated radar observations take into account in real time the effect of the illuminated environment, thanks to the more focused and fast simulations.

Le but de ce travail est de proposer une démarche structurée pour l'étude des liaisons lubrifiées bielle/vilebrequin. Bien que cette source de déperdition énergétique ne soit pas primordiale, il n'en est pas moins vrai que la maîtriser est un enjeu pour les motoristes. Les normes anti-pollution imposées aux constructeurs automobiles étant de plus en plus strictes, un effort doit être réalisé sur l’ensemble des composants afin de réduire de façon significative les pertes d’énergie dans les moteurs. La tendanceactuelle est à la diminution de la viscosité du lubrifiant, toutefois ce n'est pas sans conséquence sur l'intégrité des liaisons.La démarche proposée, qui s'appuie sur un logiciel TEHD consiste à utiliser la méthode des plans d’expériences afin de créer des métamodèles de la puissance dissipée et de la sévérité du cas traité. Une optimisation multi-objectifs (déperdition et sévérité) par algorithme évolutionnaire et utilisant les métamodèles est ensuite menée afin de déterminer les combinaisons de facteurs offrant les meilleurs compromis par rapport à ces deux objectifs. La méthodologie proposée s'avère pertinente puisque des modèles analytiques simples se substituent très avantageusement aux lourds calculs TEHD.Afin de valider le logiciel TEHD sur l'évaluation des puissances dissipées, une comparaison numérique/expérimentale est conduite sur un banc d’essais permettant de reproduire les conditions réelles de fonctionnement des bielles dans les moteurs. / The aim of this work is to propose a structured approach of the study of the lubricated connection between the conrod and the crankshaft. Although this source of energy loss is not the most significant one, improving this contact remains a challenging task for engine manufacturers. The anti-pollution standards imposed on automakers are increasingly stringent, an effort must be made on all components in order to significantly reduce energy loss in the engines. The current trend is to decrease the viscosity of thelubricant, however, it is not without consequences for the connections health. The proposed approach, which relies on a TEHD software is to use the design of experiments method to create surrogates of both power loss and severity for the treated case. A multi-objective optimization (power loss and severity) by evolutionary algorithm and using the surrogates, is then performed to determine the right combination of factors that provides the best compromise with respect to these two objectives. The proposed methodology is relevant because simple analytical models replace very favorably time consuming TEHD calculations.To validate the evaluation of power loss calculated with the TEHD software, a numerical/experimental comparison is performed on a test bench which reproduces the real operating conditions of the connecting rods.

Dans certains domaines de la formulation, comme la cosmétique, les phénomènes étudiés peuvent être très chaotiques avec des zones de rupture ou de non linéarité. Dans ce cas, le formulateur doit se poser de nombreuses questions avant de proposer la stratégie expérimentale optimale qui doit être adaptée au mieux à son problème. Pour de tels phénomènes, des plans d'expériences classiques, tels que les réseaux de Scheffé ou les plans D-optimaux, se révèlent insuffisants car les points expérimentaux ne couvrent pas uniformément l'espace expérimental. En effet, il est intéressant dans ces cas d'étude d'explorer l'ensemble du domaine expérimental et de répartir uniformément les points dans l'espace. Pour cela, les plans uniformes ou Space-Filling Designs (SFD), fréquemment utilisés dans le cas de variables orthogonales, mais très peu dans le cas des variables de mélange, sont particulièrement intéressants. L'objectif de cette thèse est d’adapter des algorithmes de construction de plans uniformes dans le cas de plans de mélanges, de proposer des règles simples pour aider au choix de la nature et du nombre de points du plan d'expériences de mélange / In some domains of formulation, as cosmetics, the phenomena can be very chaotic with discontinuities or not linear zones. In the cosmetic field, the formulator has to propose the optimal experimental strategy which must be well adapted to the constraints imposed by the experimenters. For such phenomena, classical designs of experiments, such as Scheffé simplexes lattices or the D-optimal designs, are proving insufficient because the experimental points do not uniformly cover the experimental space. Indeed, it is essential in these studies to explore the whole experimental domain and to uniformly distribute points in the space. For that purpose, the Space-Filling Designs (SFD), frequently used in the case of orthogonal variables, but less in the case of the mixture variables, are particularly interesting. The objective of this thesis is to adapt the algorithms for construction of uniform designs in the case of mixture designs and to propose guidelines for the choice of the nature and the number of points of the experimental design

Ce présent travail concerne les aspects de la réparation et du renforcement des ouvrages utilisant des matériaux composites et plus particulièrement, il traite le cas des poutres en béton endommagées. La méthode de renforcement des ouvrages en béton par collage de matériaux composites est une pratique qui connaît actuellement un essor important. Dans cette optique, on propose d’apporter une contribution à l’analyse du comportement des poutres endommagées en béton par matériaux composites. La nouvelle méthode de renforcement interne NSM (Near Surface Mounted) consiste en l’insertion de bandes de Polymères Renforcées de Fibres (PRF) dans des engravures préparées préalablement dans le béton d'enrobage des surfaces tendues, remplies de résines époxydiques pour fixation. Pour construire un système renforcé de NSM efficace, les armatures en PRF doivent être en mesure de transférer ses efforts longitudinaux développés à l'élément de flexion en béton armé afin d'assurer l’action du composite, avec une compatibilité de déformation des matériaux. Les spécimens testés sont composés de poutres coutres avec une section rectangulaire de (100 mm x180 mm) et une longueur de 1300 mm renforcés avec PRFC-NSM. D’autres spécimens de poutres rectangulaires ont été testés avec une section de 200 mm x 400 mm et une longueur de 2300 mm, les renforts en PRF utilisés sont des plats ou des joncs. Les paramètres étudiés dans ce travail concernent la classe de résistance en compression, le taux de renfort, le type de composite et le degré d’endommagement. L’étude expérimentale sur le comportement des poutres endommagées puis renforcées sollicitées en flexion 4 points a dévoilé beaucoup de critères de performances en termes de ductilité, de rigidité et de capacité portante. Une modélisation analytique a été menée afin de comparer les réponses moment-courbure analytiques avec celles obtenues expérimentalement. Une fois cette modélisation validée, l’approche analytique a été couplée avec la méthode des plans d’expériences dans le but d’évaluer l’influence de différents paramètres et leurs interactions tels que le type de renfort (carbone, Joncs, aramide), le taux d’armatures passives et de renfort et la classe de résistance sur les réponses concernant la capacité portante et la ductilité des poutres renforcées. / This work deals with aspects of repair and reinforcement of structures and in particular, it deals with the case of damaged concrete beams. The method of reinforcing concrete structures by adhesive bonding of composite materials is a practice which is currently undergoing a major expansion. In this context, we propose to contribute to the analysis of the behavior of damaged concrete beams by composite materials. The new NSM (Near Surface Mounted) internal reinforcement method consists of the insertion of carbon fiber reinforced polymer (PRFC) strips in pre-prepared etchings in the encapsulation concrete of stretched surfaces filled with epoxy resins for fixing. To build an effective NSM reinforced system, FRP reinforcements must be able to transfer its developed longitudinal forces to the reinforced concrete flexure element to ensure the action of the composite with material deformation compatibility. The specimens tested consist of beams with a rectangular section (100 mm x 180 mm) and a length of 1300 mm reinforced with PRFC-NSM. Other specimens of rectangular beams were tested with a section of 400 mm x 800 mm and a length of 2300 mm, the FRP reinforcements used were either plates or rods. The parameters studied in this work concern the strength of the concrete, the reinforcement rate, the type of composite, the degree of damage. The experimental study on the behavior of damaged beams, then reinforced and subjected to bending, revealed many performance criteria in terms of ductility, stiffness and bearing capacity. Analytical modeling coupled with the experimental design method was carried out in order to evaluate the responses of the beams tested according to the interaction of the different parameters such as the reinforcement type (carbon, joncs, aramid), the Passive and reinforcement rates and strength class of reinforced beams.

Ce travail s’intéresse essentiellement au développement et à l’application d’une méthodologie pour l’optimisation dynamique multicritère d’un procédé discontinu alimenté de production bactérienne d’arômes laitiers. L’étude réalisée comprend principalement quatre parties ; la première décrit l'utilisation des plans d’expériences multicritère, couvrant un large domaine expérimental (pH, température et oxygénation), afin de collecter le maximum d'information sur le comportement physiologique de Lactococcus lactis. La deuxième concerne l'analyse cinétique détaillée de l’effet des combinaisons des facteurs opératoires sur la croissance et l'orientation du métabolisme. La troisième, traite de la construction d'un modèle cinétique en mode discontinu et discontinu alimenté. Dans la dernière, l’outil d’optimisation dynamique multicritère a été validé et appliqué au problème de production d’arômes étudié. Les résultats obtenus pour l’optimisation multicritère sont satisfaisants / The aim of the present work is to develop and apply an innovative approach for multicriteria and dynamic optimization of fed-batch fermentation for the production of lactic aroma. This study is mainly divided in four parts: the first one describes the use of multicriteria experimental design, covering an extended operating conditions domain (pH, temperature and oxygenation), in order to collect large experimental information in batch culture of Lactococcus lactis. The second part involves detailed kinetic analysis of operating factor effect combinations on growth and metabolism orientation. The third part deals with the development of a model to predict the kinetic behaviour of this strain in batch and fed-batch cultures. In the last part, the tool for multicriteria and dynamic optimization was validated and applied to the studied problem of lactic aroma production. The results obtained for multicriteria and dynamic optimization are satisfactory

Le bâtiment est considéré comme étant le premier secteur consommateur d’énergie dans le monde. Dans la région méditerranéenne, face à la crise économique et aux engagements pris pour limiter les effets produisant le réchauffement climatique, il est devenu impératif de réduire la consommation énergétique des bâtiments que ce soit par la conception des bâtiments neufs ou par la réhabilitation du parc existant. Dans ce cadre-là, chercher des solutions techniques optimales en tenant compte des critères économiques, environnementaux et sociétaux est un problème très complexe du fait du nombre élevé de paramètres à prendre en compte. Pour remédier à ce problème, un état de l’art des méthodes d’optimisation multicritère a été réalisé. Nous avons constaté que plusieurs contraintes existent lors de l’utilisation de ces méthodes telles qu’un temps de calcul élevé et la non-maîtrise de la convergence des résultats vers des optimums globaux recherchés. L’objectif de notre travail est de proposer une nouvelle méthode qui permette de contourner ces difficultés. Cette méthode est basée, dans un premier temps, sur le développement des modèles polynomiaux pour la prédiction des besoins de chauffage, de refroidissement, d’énergie finale et du confort thermique d’été à l’aide du logiciel TRNSYS. Pour établir ces modèles, nous avons utilisé la méthode des plans d’expériences et des simulations thermiques dynamiques. À partir de ces modèles, une analyse de sensibilité a été entamée afin d’identifier les paramètres les plus influents sur les besoins énergétiques et le confort thermique d’été. Une base de données est utilisée associant chaque paramètre à son coût et à son impact environnemental sur son cycle de vie. Ensuite, une étude paramétrique complète a été réalisée en utilisant les fonctions polynomiales dans le but de déterminer un ensemble de solutions optimales à l’aide de l’approche du Front de Pareto. Cette nouvelle méthode a été appliquée dans le but de concevoir des bâtiments neufs à haute efficacité énergétique à des coûts maîtrisés pour les six zones climatiques du Maroc. La validation des modèles polynomiaux réalisée grâce à une comparaison avec des simulations aléatoires a donné des résultats très satisfaisants. Avec un modèle polynomial de second degré, l’erreur maximale sur les besoins énergétiques et le confort thermique adaptatif d’été ne dépasse pas 2 kWh/m².an et 9% respectivement dans la plupart des cas. Les modèles développés ont ensuite été utilisés pour l’aide à la décision multicritères. Les résultats obtenus ont montré que des bâtiments à très faibles besoins énergétiques peuvent être construits à un coût raisonnable, et qu’un effort doit être porté sur des solutions plus performantes pour le rafraîchissement en été. Enfin, nous avons mis en œuvre la méthode que nous avons développée dans le cadre de la réhabilitation d’un bâtiment existant à La Rochelle. Les critères environnementaux ont aussi été intégrés à la recherche de solutions optimales. La solution retenue selon 14 critères correspond à un ensemble de solutions techniques permettant d’obtenir des besoins de chauffage de l’ordre de 15 kWh/m².an avec un compromis réalisé entre l’efficacité énergétique, le confort des occupants, les impacts environnementaux et la maîtrise du coût de la réhabilitation. La méthode développée dans le cadre de ce travail a montré un fort potentiel d’utilisation pour l’aide à la décision multicritère lors de la conception des bâtiments neufs ou en réhabilitation. Elle permet d’effectuer très rapidement une optimisation opérationnelle de l’enveloppe pour contribuer à des bâtiments durables, confortables, à coût maîtrisé et à basse consommation énergétique. / The building sector is the largest consumer of energy in the world. In Mediterranean region, facing the economic crisis and commitments for climate change, the reduction of energy consumption for both new and existing buildings is more necessary. Against this background, seeking optimal technical solutions taking into account the economic, environmental and societal criteria is a very complex problem due to the high number of parameters to consider. In order to solve this problem, a state of the art of multi-criteria optimization method has been achieved. We found that many constraints exist when using these methods such as high time calculation and no absolute assurance to find the global optimum. Thus, the main objective of the present work is to propose a new method that allows overcome these difficulties. This method is based on the development of polynomial models for the prediction of heating energy needs, cooling energy needs, final energy needs and summer thermal comfort. To establish these models, we used the design of experiments method and dynamic thermal simulations using TRNSYS software. From these models, a sensitivity analysis has been achieved in order to identify the leading parameters on energy requirements and thermal comfort in summer. A database associating each parameter for its cost and environmental impact on its lifetime was generated from CYPE software and INIES database. Then, a detailed parametric study was performed using polynomial functions for determining a set of optimal solutions using the Pareto front approach. This new method was applied to design new buildings with high energy efficiency at controlled costs for the six Moroccan climate zones. The validation of polynomial models through a comparison with random simulations gave very satisfactory results. With a polynomial model of the second order, the maximum error on the energy needs and the adaptive thermal comfort did not exceed 2 kWh/m².an and 9% respectively. The developed models were used for multiple-criteria decision analysis. The results showed that buildings with very low energy needs can be built with a reasonable cost. On the other hand an effort should be focused on more efficient solutions for adaptive thermal comfort in summer especially for Marrakech and Errachidia. Finally, we also implemented our method to a project of energy rehabilitation of an existing building located in La Rochelle (France). Environmental criteria were also taken into account in the optimization process. The selected technical solutions procured approximately 15 kWh/m².year of heating energy needs. The developed multicriteria decision method showed a great potential for both designing new and existing buildings with high energy efficiency. It allows a very fast operational optimization of sustainable buildings at reasonable cost and low energy consumption.