Les enjeux énergétiques liés à la qualité de la distribution de l'énergie électrique nécessitent le développement des dispositifs de filtrage actif des réseaux électriques. L'objectif de la thèse est d'utiliser un convertisseur multicellulaire afin d'obtenir une source de courant avec une très bonne bande passante (pour compenser les courants perturbateurs). Une commande directe et prédictive est appliquée à un onduleur multicellulaire à 4 niveaux. Ce type de commande permet d'utiliser au mieux les avantages fréquentiels de cette structure de conversion d'énergie. L'utilisation de cet onduleur pour une application de filtrage actif se révèle très efficace au niveau de la compensation des harmoniques de courant. Un prototype expérimental, développé dans le cadre de la thèse, nous permet de valider nos résultats obtenus tout d'abord en simulation.

Ce mémoire est consacré à l'étude du modèle statistique bivarié duquel sont issues deux variables aléatoires conditionnellement indépendantes de loi de Poisson, dont les taux ne sont pas nécessairement égaux. Tout au long de ce mémoire, l'emphase est mise sur le développement d'un cadre bayésien au problème d'estimation paramétrique pour un tel modèle. Deux thèmes principaux y sont abordés : l'inférence statistique du rapport des deux paramètres d'intensité poissonniens et les densités prédictives. Ces problèmes surviennent notamment dans le contexte d'estimation de l'efficacité d'un vaccin développé par Laurent (Laurent, 2012) de même que Laurent et Legrand (Laurent et Legrand, 2012), ou encore, par celui d'estimation de l'efficacité d'un traitement contre le cancer par Lindley (Lindley, 2002). Alors que, dans ces articles, aucune contrainte paramétrique n'est imposée sur le rapport des deux taux poissonniens, une partie du mémoire abordera également ces thèmes lorsqu'il y a une contrainte restreignant le domaine du rapport sur l'intervalle $[0,1]$. Il sera alors possible d'établir des liens avec un article sur les files d'attente d'Armero et Bayarri (Armero et Bayarri, 1994).

La force de diélectrophorèse (DEP) est utilisée pour manipuler, séparer et positionner différent types des particules (cellules, bactéries, nanotubes de carbone). Dans le but d étudieret de simuler une loi de commande permettant le suivi de la trajectoire d une particule soumise à la force DEP un modèle est nécessaire. Les méthodes utilisées pour simuler la force DEP sont généralement basées soit sur des simulateurs à éléments finis (FEM), soit sur des équations analytiques. Les simulateurs FEM ne permettent pas la variation des paramètres (tensions électriques) lors du calcul de la trajectoire et les équations analytiques sont limitées à des géométries simples des électrodes. Dans ce manuscrit, une méthode hybride basée sur les calculs FEM et analytique est proposée. Cette méthode permet de simuler la trajectoire d une particule en utilisant des géométries complexes et en variant les tensions électriques lors de la simulation. Ce modèle est ensuite validé en le comparant à des relevés expérimentaux. Finalement, une loi de commande, basée sur la commande prédictive généralisée (GPC) est proposée dans le but de contrôler la trajectoire, en profitant de la grande dynamique du déplacement de la particule, et ce malgré les non-linéarités. Cette loi de commande a été validée par des résultats de simulations et une comparaison avec une loi de commande classique. / Micro and nano-particles can be trapped by a non uniform electric field through the effect of dielectrophoretic (DEP) principle. Dielectrophoresis is used to separate, manipulate and detect micro particles in several domains, such as in biological or Carbon Nano-Tubes (CNTs) manipulations. To study and simulate a vision based closed loop control law in order to control the trajectory of micro objects using DEP a numeric model is required. Current methods to simulate the trajectory of micro-particles under a DEP force field are based on finite element modeling (FEM) which requires new simulations when one of its parameters, like the electric voltage, is changed, or on analytic equations which is limited to very simple geometries. In the first section of this manuscript, we propose a hybrid method between analytic and numeric calculation able to simulate complex geometries and to easily change electrode voltage along the trajectory. This numeric model is, then, validated by comparing it with several experimental results. Finally, a control strategy based on the generalized predictive control method is proposed with the aim of controlling the trajectory, taking advantage of the high dynamics despite the non linearity. This control law has been validated by simulation and compared to classical control strategy.

Les installations d'épuration des eaux usées sont des systèmes de grande dimension, non linéaires, sujets à des perturbations importantes en flux et en charge. Une commande prédictive (MPC) a été appliquée au Benchmark BSM1 qui est un environnement de simulation qui définit une installation d'épuration. Une identification en boucle ouverte d'une station d'épuration d'eaux usées a été réalisée pour déterminer un modèle linéaire en se basant sur un ensemble de mesures entrée sortie du Benchmark BSM1. Les réponses indicielles en boucle ouverte ont été obtenues à partir de variation échelon des entrées autour de leurs valeurs stationnaires. Le modèle tient compte des non-linéarités à travers des paramètres variables. Les réponses indicielles obtenues permettent de déterminer par optimisation les fonctions de transfert continues correspondantes. Ces fonctions de transfert peuvent être regroupées en cinq modèles mathématiques. Des fonctions de transfert continues de premier ordre, de premier ordre avec un intégrateur, des réponses inverses, de second ordre et de second ordre avec zéro représentant les réponses indicielles ont été identifiées. Les valeurs numériques des coefficients de chaque modèle choisi ont été calculées par un critère des moindres carrés. La commande prédictive (MPC) utilise le modèle obtenu comme un modèle interne pour commander le procédé. Deux stratégies de la commande prédictive DMC et QDMC d'une station d'épuration avec ou sans compensation par anticipation ont été testées. La commande par anticipation est utilisée pour réduire l'effet de deux perturbations mesurées, le débit entrant et la concentration entrante en ammonium, sur le système / Wastewater treatment processes are large scale, non linear systems, submitted to important disturbances of influent flow rate and load. Model predictive control (MPC) widely used industrial technique for advanced multivariable control, has been applied to the Benchmark Simulation Model 1 (BSM1) simulation benchmark of wastewater treatment process. An open loop identification method has been developed to determine a linear model for a set of input-output measurements of the process. All the step responses have been obtained in open loop from step variations of the manipulated inputs and measured disturbances around their steady state values. The non-linearities of the model are taken into account by variable parameters. The step responses coefficient obtained make it possible to determine by optimization the corresponding transfer functions. That functions are classified by five mathematical models, such as : first order, first order with integrator, inverse response, second order and second order with zero. The numerical values of coefficients of each model selected were calculated using a least squares criterion. Model predictive control (MPC) uses the resulting model as an internal model to control the process. Dynamic matrix control DMC and quadratic dynamic matrix control QDMC predictive control strategies, in the absence and presence of feedforward compensation, have been tested. Two measured disturbances have been used for feedforward control, the influent flow rate and ammonium concentration

Les substances pharmaceutiques sont classées comme contaminants environnementaux émergents et suscitent une attention croissante du fait de leurs effets potentiellement néfastes sur les écosystèmes. Après excrétion ou élimination inappropriée, les médicaments vont se retrouver dans les eaux de surface, souterraines voire de consommation. De nombreuses études écotoxicologiques ont pour objet la mesure de leurs impacts sur les écosystèmes. Pour autant, ces études portent essentiellement sur le médicament lui-même alors que nombre d'entre eux sont susceptibles de se transformer dans l'environnement selon des processus biotiques (microorganismes) et/ou abiotiques (traitements chimiques, photodégradation). Les produits de transformations (PTs) ainsi formés vont d'une part, progressivement remplacer le médicament parent dans l'environnement, et d'autre part y exprimer une écotoxicité potentielle. Face à ce problème, nous nous proposons à partir d'un médicament largement utilisé, de procéder à la synthèse de ses PTs plausibles et à la mise au point de méthode de détection dans des matrices complexes. L'accès aux PTs suivra une approche pluridisciplinaire faisant appel à la bioconversion, l'électro-Fenton et l'oxydation électrochimique. L'analyse comparative des composés obtenus par ces différentes approches permettra de sélectionner les PTs les plus probables / Pharmaceuticals as well as personal care products are classified as emerging pollutants of increasing concern due to possible negative impacts on ecosystems. They are constantly introduced in sewage treatment plants either through excretion, or disposal by flushing of unused or expired medication, or directly within the sewage effluents of plants or hospitals. They end up in surface and ground waters and can even be found in drinking water. Many studies report on adverse effects on terrestrial and aquatic organisms. Pharmaceuticals have complex chemical structures capable of reacting in an aqueous medium under the action of chemical, biological or physical agents. Thus, the transformation products (TPs) gradually replace the parent drug in the environment. In addition these transformation products constitute markers of past or current presence of the drug in the environment. Faced with this problem, we believe it is necessary to synthesize the transformation products of the parent compounds to development their detection. The proposed method consists, firstly, to prepare the largest number of (TPs) of a particular drug using three complementary approaches : bioconversion, electro-Fenton and electrochemical oxidation. A second step is to identify the structures which are the most likely present in the environment. Expected advances are the development of a predictive methodology applicable to the study of any molecule involved in environmental risk

Le craquage catalytique à lit fluidisé (FCC) est l'un des procédés les plus importants au sein d'une raffinerie moderne et joue un rôle économique primordial. Le fonctionnement du FCC pose des problèmes d'opération liés à sa complexité. L'étude a porté sur la simulation du FCC, sa commande prédictive multivariable et l'estimation de paramètres-clés. Après une revue de la littérature sur les FCC et les différentes approches de modélisation ainsi que des cinétiques de craquage, un modèle du FCC qui intègre les dynamiques importantes a été choisi pour les besoins de la commande prédictive. La simulation du riser a été effectuée pour différents modèles de craquage et a montré de grandes disparités entre modèles, créant une difficulté à définir un modèle général de riser pour les FCC. Outre le nombre de groupes considérés, les différences concernent la chaleur de réaction globale, les lois de formation de coke sur le catalyseur et la désactivation de ce dernier. Des algorithmes de commande prédictive linéaire et non linéaire basée sur le modèle ont été utilisés pour commander le FCC en tenant compte de sa nature multivariable et des contraintes imposées aux variables manipulées. Les sorties commandées, température en haut du riser et température du régénérateur ont été maintenues proches des consignes, tant en régulation qu'en poursuite, tout en respectant les contraintes portant sur les deux variables manipulées, le débit de catalyseur régénéré et le débit d'air entrant dans le régénérateur. Une commande à trois entrées manipulées, incluant le débit d'alimentation, a également été testée avec succès. La commande prédictive linéaire avec observateur a fourni des résultats encore meilleurs que la commande linéaire quadratique. La commande prédictive non linéaire a été testée mais présente des problèmes pour une implantation en temps réel. L'estimation du coke sur le catalyseur a été réalisée par le filtre de Kalman étendu, mais les erreurs d'estimation sont importantes, probablement à cause du choix insuffisant des mesures effectuées. L'ensemble de l'étude a montré que la commande avancée prédictive du FCC est performante et doit être recommandée, mais peut encore être améliorée en particulier par son réglage et l'estimation des états / Fluid catalytic cracking (FCC) is one of the most important processes in a modern refinery and is of essential economic importance. The FCC operation presents difficulties related to its complexity. The study was related to its simulation, multivariable control and estimation of key parameters. After a litterature review of the FCC, the different approaches of modelling and cracking kinetics, a FCC model that takes into account the important dynamics was chosen for model predictive control purposes. The riser simulation was carried out for different cracking models and shows great differences between these models, which makes it difficult to define a general riser model for the FCC. Besides the number of lumps, differences deal with the global heat of reaction, the coke formation laws and its deactivation functions. Linear and nonlinear model predictive algorithms were used for FCC control taking into account its multivariable nature and the constraints imposed on the manipulated variables. The controlled outputs, temperature at the riser top and temperature in the regenerator were maintained close to their respective set points in regulation and tracking modes while respecting the constraints on the two manipulated variable, the flow rate of regenerated catalyst and the flow rate of air entering the regenerator. A control with three manipulated variables including the feed flow rate was also successfully tested. Linear predictive control with an observer gave better results than linear quadratic control. Nonlinear predictive control was tested but presents problems for real time implementation. The estimation of coke on the catalyst was carried out using extended Kalman filter, but the estimation errors are important, probably due to an insufficient choice of measurements. The overall study showed that advanced predictive control of the FCC is efficient and must be recommended, but it can still be improved upon particularly by its tuning and state estimation

Le résumé en français n'a pas été communiqué par l'auteur. / Le résumé en anglais n'a pas été communiqué par l'auteur.

La perte d'équilibre chez l'humain est un phénomène courant de la vie quotidienne. Plusieurs causes peuvent être identifiées, dont notamment des perturbations extérieures. Le scénario qui nous intéresse particulièrement est celui des passagers debout dans les transports en commun. La combinaison de plusieurs études accidentologiques fait ressortir un risque de blessure important pour ce type de situations, surtout pour des passagers debout et/ou âgées. Ces incidents en gendrent des blessures qui coûtent très cher au niveau du budget de la santé. La sécurité de ces passagers est donc à l’origine de ce travail. La perte et/ou le rattrapage d’équilibre est une question complexe qui met en jeu un ensemble de phénomènes tels que la perception de la perturbation, le traitement de l’information, la prise de décision et la mise en œuvre d’actions correctrices. Bien que les connaissances théoriques sur chacun de ces phénomènes soient avancées, il n’existe pas, à l’heure actuelle, de modèle global permettant de représenter la réaction des personnes dans des situations aussi concrètes et complexes que celle des passagers debout de transport en commun.Dans ce contexte, l’objectif principal de ce travail était de développer un outil de simulation pour évaluer les risques associés à la perte d’équilibre des passagers de transport en commun. / Loss of balance is a common phenomenon in our society resulting in injuries and even deaths each year. Among other common sources of destabilization such as slips or trips from an obstacle, the public transportation vehicles are a major source of balance-related injuries to its passengers. Accidental data suggest that the passenger casualties in these vehicles are common, especially to the standing and the elderly passengers, mainly due to the sudden acceleration/deceleration changes of the vehicle. These injuries as well as associated discomfort may discourage people from using these means of transport resulting in adverse economic and societal effects. In this context, the security of the standing passengers in these vehicles constitutes the main motivation of this work.Recovering balance from an external disturbance is a complex process which involves a set of phenomenon such as the perception of the disturbance, information processing, decision making and its implementation. Even though experimental research in the fields of biomechanics and neurosciences provide us with a fair understanding of these phenomena separately, we are unaware of a global model which represents the reaction of people in response to the external disturbances to their equilibrium. In this context, the objective of this work is to develop such a numerical tool which can be used for the assessment of risks associated with the loss of balance of the standing passengers. The essential feature of this tool is the prediction of the post-disturbance kinematics of the subjects depending upon the disturbance characteristics (magnitude, duration etc.) as well as the active recovery response. Another key feature is the representation of the reaction of different populations, especially the elderly, by integrating age effects in the model. For the development of the tool, mathematical modeling (e.g. simplified body representations) and control ideas are borrowed from the field of biped robotics which explicitly deals with the balance issues of bipeds. Further development is done in view of human balance recovery (BR) characteristics. The resulting BR tool shows reasonable predictive capacity of a human balance recovery response confirmed by the comparison of model predictions with experimental balance recovery data.

La commande prédictive de type Model Predictive Control (MPC) s’est imposée au fil du temps dans de nombreux domaines industriels. Elle permet en effet d’optimiser avec succès les performances du système contrôlé tout en respectant de nombreuses contraintes propres à l’application visée. Cependant, l’utilisation de la commande MPC dans les domaines de la commande de moteurs et de générateurs demeure problématique. En effet, ces applications à forte dynamique imposent de choisir de faibles périodes d’échantillonnage, or, ce type d’algorithme demande de résoudre pour chaque période d’échantillonnage un problème d’optimisation complexe. Cette difficulté est renforcée car le champ applicatif visé portant sur les applications embarquées aéronautiques où la vitesse de base des machines électriques est très élevée, de même que leur fréquence d’alimentation. De plus, du fait que les systèmes étudiés sont embarqués, il est également très important de minimiser les pertes énergétiques de l’ensemble convertisseur-machine. Dans ce contexte la commande prédictive par approche MPC peut être d’un grand intérêt. De plus, ce type d’application intègre des contraintes supplémentaires liées à l’environnement sévère dans lequel évoluent ces systèmes, contraintes additionnelles de fiabilité qu’il faut bien sûr ajouter dans l’algorithme de commande prédictif. La conséquence immédiate sera de renforcer la complexité des algorithmes et donc rendre plus difficile l’implantation en temps réel. Cependant, les gains attendus en termes de performance et de fiabilité sont importants. Le sujet proposé demande ainsi dans une première partie, de synthétiser une loi de commande prédictive d’un actionneur synchrone aéronautique. Une mission type sera choisie et l’optimisation portera à la fois sur le niveau des performances du contrôle que la minimisation de la dépense énergétique. Par ailleurs, une étude de robustesse sera menée qui prendra en compte l’impact de l’environnement de l’actionneur. L’aspect robustesse sera ainsi intégré à l’étude de la commande. La seconde partie du travail portera sur le portage de l’algorithme sur cible FPGA. Une attention toute particulière sera apportée à la minimisation du temps de calcul sans détérioration des performances, le tout sous contrainte de place. Il faudra privilégier une architecture de type Système-sur-Puce qui allie la flexibilité d’un ou plusieurs cœurs processeurs et de modules matériels dédiés à l’accélération de certaines parties critiques du traitement. / Nowadays, Model Predictive Control (MPC) has emerged in many industrial fields. It allows the optimization of the controlled drive performances while respecting a number of constraints specific to the application. However, the use of MPC in the fields of motors and generators control remains problematic. Indeed, these highly dynamic applications require small sampling periods. However, these types of algorithms necessitate the resolution of complex optimization problems at each sampling period. These difficulties are reinforced in our case as the chosen field is the aeronautical embedded applications where the drive speed, as well as the frequency, is important. In addition, as the systems are embedded ones, it is important to minimize the overall energy losses of the inverter-drive system. In this context, the Model Predictive Control can be of great interest. Moreover, this type of applications integrates additional constraints related to the harsh environment in which the systems evolve, such as the reliability, which must be added in the predictive control algorithm. The immediate consequence of these constraints results in an increase of the complexity of the algorithms and therefore it becomes more difficult to implement in real time. However, the expected gains in performance and reliability are important. The proposed subject requires in the first part, to synthesize a predictive control law of an aeronautical synchronous drive. A typical mission will be selected and the optimization will be performed on both the performance level of the control and the minimization of the energy cost. Furthermore, a robustness study is to be conducted that takes into account the environmental impact of the motor drive. The second part will be on the implementation of the algorithm on FPGA target. Particular attention will be paid to minimizing the computational time without any degradation in the performances. Focus will be upon architectures of the type System-on-chip (SoC) that combines the flexibility of one or more processor cores and dedicated hardware modules for accelerating critical parts of the treatment.

Le roulement est l'un des composants les plus importants des machines tournantes. Néanmoins, dans des conditions normales d'utilisation, il est soumis à de la fatigue de roulement qui peut conduire à un défaut d'écaillage. Dans ce travail, nous présentons un suivi de la fatigue d'un roulement de butée grâce à un banc d'essais dédié. L'analyse vibratoire est une méthode qui permet de caractériser et de localiser les défauts dans les roulements. Des mesures successives de ces niveaux de vibrations donnent des indications quant à l'évolution de la sévérité des défauts. Le suivi de cette évolution est fait grâce à un indicateur statistique, la valeur RMS (Root Mean Square) qui peut être corrélée avec la taille d'un écaillage de roulement. L'approche suit le fonctionnement du roulement de butée jusqu'à la dégradation avec une acquisition on line des états vibratoires sous forme de signaux temporels. A l'aide du traitement de signal, on obtient les valeurs des amplitudes vibratoires qui caractérisent l'état vibratoire du roulement. Par conséquent, ces valeurs nous permettent de tracer les courbes de fatigue. Au cours de notre travail expérimental, cette opération est appliquée à un lot de butées à billes pour lesquelles nous avons obtenu des courbes semblables où la tendance de l'évolution suit un modèle mathématique à partir de la détection de l'apparition de la première écaille. Le résultat de ce travail contribuera à prédire la durée de vie résiduelle avant la panne. / The bearing is one of the most important components of rotating machines. Nevertheless, in normal conditions of use, it is subject to fatigue which creates a defect called a rolling fatigue spalling. In this work, we present a follow-up of the thrust bearing fatigue on a test bench. Vibration analysis is a method used to characterize the defect. In order to obtain the fatigue curve more adjusted, we have studied the vibration level according to statistical indicators: the Root Mean Square value (RMS value), which is one of the best indicators to show the evolution of the bearing degradation. The approach follows the working of the bearing until the degradation with an on line acquisition of vibration statements in form of time signals. With the signal treatment, we obtain the values of the vibration amplitudes which characterize the vibration state of the bearing. Consequently, these values allow us to plot the fatigue curves. During our experimental work, this operation is applied for a batch of thrust bearings for which we have obtained similar fatigue curves where the evolution trend follows a mathematical model from the detection of the onset of the first spall. The result of this work will contribute to predict the working residual time before failure.