Les travaux de recherche de cette thèse portent sur la modélisation et la gestion des procédés métiers orientés services. Le travail s’intéresse aux procédés d’un point de vue de gestion décentralisée où les services composés peuvent établir des interactions de pair à-pair. Dans un premier temps, nous présentons une méthode qui permet de dériver des procédés coopérants à partir d’une spécification centralisée. Il s’agit des algorithmes qui analysent un procédé centralisé pour le traduire en procédés coopérants, en transformant le flux de contrôle et le flux de données du procédé d’origine en interactions équivalentes de type pair-à-pair. Un des apports de la décentralisation, qui répond à une nouvelle exigence des procédés orientés vers les services, est l’établissement des interactions de pair-à-pair qui respectent le flux d’information des services composés. La deuxième partie du travail est la proposition d’un langage permettant d’exprimer des politiques de flux d’information. Par la suite, nous étudions l’intégration des politiques du flux d’information dans les procédés coopérants. Le choix d’un service entrant dans une composition peut être effectué dynamiquement, au moment de l’exécution du procédé, de sorte que l’ensemble des services composés n’est pas connu à priori. Une compréhension de la stratégie de choix dynamique des services et leur intégration dans le cadre des contributions proposées dans son ensemble est pour cela une étape centrale. Pour ce faire, une méthodologie qui automatise le processus de déploiement dynamique des procédés coopérants est proposée. Le travail présente une architecture logicielle qui valide les concepts proposés. / This thesis studies decentralized management of business processes in the context of service oriented architectures. We present a generic approach that enables decentralized executions with cooperating processes by implemeting the centralized semantic with P2P interactions. Precisely, we present our method that derives the latter. We focus on the sophisticated control/data flow and conversational aspects that run counter to naive intuition, most of which, we explain using deeper analysis of the algorithms and data structures that we employed. In the second part of the manuscrit, we focus on information flow control that consists of planning the interactions of composed services in order to satisfy different security restrictions concerning the propagation of information in a composition. We examine the questions of what the information flow is and how it can be modeled and computed in service-oriented business processes. We present the design and implementation of a decentralized workflow management solution for the control of information flow. The derived process fragments are deployed on composed services and they enable them to establish P2P interactions with each other with respect to information flow policies. The last contribution takes on the challenge of implementing dynamic and decentralized process deployment following the same approach. Our conceptual contributions are implemented with state-of-art technologies.

La production des colorants et leur utilisation génère des effluents persistants, bioréfractaires non biodégradable, fortement colorés, toxiques, carcinogènes et mutagènes. Les techniques traditionnelles du traitement de ces effluents qu’elle soit physico-chimiques ou biologiques sont inefficaces en raison de la grande part des noyaux aromatiques présents dans les molécules des colorants et la stabilité des colorants modernes, elles demeurent non-destructives et transfèrent la pollution aquatique à une autre phase provoquant une pollution secondaire. C’est dans ce contexte que les procédés d'oxydation avancée (POA) ont émergés, ils peuvent traiter les colorants en solution aqueuse car ils génèrent des espèces très réactives et non sélectives comme les radicaux hydroxyles (•OH). Dans ce travail, un colorant azoïque (Orange G), un colorant anthraquinonique (Rouge d’alizarine S) et leur mélange ont été traités par différents POA, le plasma Glidarc, photocatalyse homogène (procédé Fenton et photo-Fenton) et hétérogène (TiO2 et ZnO). Les résultats obtenus montrent qu’un procédé de type POA adapté à la dégradation de tout types de colorants est impossible à concevoir car les structures chimiques différent d’un colorant à l’autre. Cette étude ouvre la voie vers des traitements en systèmes combiné de type POA- Traitements physico-chimiques ou POA-Traitements biologiques qui pourraient être plus efficaces et plus économiques. / Dyes used and production generate a persistent, biorefractory, no biodegradable, toxic, carcinogenic and mutagenic effluents. Their treatment before release into the wild is necessary. Physical and biological conventional treatments ineffective due to high number of benzene cycles generated, high stability and resistance of new output molecule; they are non-destructive and transfer organic pollution from aqueous to another phase, causing a secondary pollution. It is in this context that the advanced oxidation processes (AOP) have emerged, they treat dyes solution because they generate highly reactive, no selective species as hydroxyl radicals (•OH). In this work, an azo dye (Orange G), an anthraquinonic dye (Alizarin Red S) and their mixture, were treated by plasma Glidarc, homogeneous photocatalysis (Fenton and photo-Fenton) and heterogeneous photocatalysis (TiO2- and ZnO). The results showed that there is no POA completely suitable for the degradation of all organic dyes types because of their different chemical structures. This study opens the way to other combined treatments as AOP-Physico-chemical or biological AOP-treatment which can be more effective and economical.

Dans un contexte de développement durable, des méthodologies pour l'optimisation multicritère d'éco-procédés pour la récupération de polyphénols antioxydants à partir de co-produits ont été proposées, tenant compte des rendements en polyphénols totaux, de l'activité antioxydante des extraits obtenus à partir de marc de chicorée ainsi que de la consommation d'énergie de l'équipement durant le temps de traitement. L'étude d'un procédé d'extraction assistée par ultrasons a permis de mettre en évidence les gains en durée de traitement et en énergie grâce à l'application des ultrasons. Un modèle global a été développé comme outil pour l’optimisation multicritère (rendement en polyphénols, activité antioxydante et consommation d'énergie) des conditions d’extraction des polyphénols (intégrant le temps, la température, la composition du solvant et la puissance des ultrasons). Après une étude préliminaire d’enrichissement des extraits en utilisant différents adsorbants, la résine Amberlite XAD 16 a été choisie comme la plus appropriée pour l’adsorption des polyphénols extraits du marc de chicorée. Un procédé intégré permettant d'extraire et de purifier simultanément a permis un enrichissement en polyphénols de 2 à 4 fois des extraits de marc de chicorée. Un modèle permettant l'optimisation multicritère de ce procédé a été proposé en tenant compte de la quantité de polyphénols récupérés, de l'activité antioxydante des extraits et de la consommation d'énergie de l'équipement sur la base des conditions opératoires temps de traitement, débit de la phase aqueuse et ratio marc de chicorée-adsorbant. / In a sustainable context, methodologies for multi-criteria optimization of green processes for the recovery of antioxidant polyphenols from by-products have been proposed, taking into account the total polyphenols yield, the antioxidant activity of the extracts obtained from chicory ground and the energy consumption of the equipment during processing time. Study on ultrasound-assisted extraction has helped to highlight the gains in processing time and energy through the application of ultrasounds. A comprehensive model was developed as a tool for multi-criteria optimization (total polyphenols yield, antioxidant activity and energy consumption) of extraction conditions (including time, temperature, solvent composition and power of ultrasounds). After preliminary studies on extract's enrichment using different adsorbents, the Amberlite XAD 16 resin was chosen as the most suitable for the adsorption of polyphenols extracted from chicory ground. An integrated process for simultaneous extraction and purification allowed enrichment in polyphenols of 2 to 4 times of chicory ground extracts. A model for multi-criteria optimization of this process has been proposed taking into account the amount of recovered polyphenols, the antioxidant activity of the extracts and the energy consumption of the equipment in function of operating conditions: processing time, aqueous phase flow and chicory ground-adsorbent ratio.

L'évolution de l'Internet comme support de communication entre les applications et les organisations a révolutionné les méthodes de coopération classiques. Les technologies réseaux actuelles, notamment les services Web, permettent le développement de nouveaux paradigmes de coopération. En effet, les entreprises peuvent dans un premier temps externaliser leurs procédés métiers comme des services Web pour former dans un deuxième temps ce qu'on appelle une entreprise virtuelle par compositions de services externalisés. Mais, comme souvent en informatique, ce qui est supposé apporter de la facilité apporte aussi son lot de complexité et de questions. Cela va de la pertinence des langages utilisés pour décrire les compositions de services, leur formalisation, leur vérification formelle avant et après l'exécution, au problème de maintenir une qualité de services constante. L'objectif de cette thèse est de proposer une approche rigoureuse pour la spécification, la modélisation, la vérification et la validation des compositions de services Web. Le travail effectué a permis la mise en place de techniques de preuves pour les services Web pour répondre à de nouveaux challenges liés essentiellement à la composition et la vérification. L'approche développée consiste en : (i)la définition d'un langage de spécification de la composition pour assurer sa vérification formelle, (ii) l'extension du langage de composition transformé pour prendre en compte les aspects de communication entre des compositions différentes, (iii) l'extraction et la spécification des propriétés à vérifier avant et après l'exécution de la composition, (iv) la vérification de la composition (vérification a priori et vérification a posteriori), et (v) l'utilisation des spécifications des déviations détectées pour découvrir des services qui peuvent tomber en panne ou devenir indisponibles en cours d'exécution. / The proliferation of the Internet as a communication medium between applications and organizations has revolutionized the classic methods of cooperation. The current network technologies, including Web services, allow the development of new paradigms of cooperation. Indeed, enterprises can outsource their business processes as Web services to form what is called a virtual enterprise by compositions of outsourced services. However, as so often in computer science applications, which is supposed to bring the facility provides also its set of complexity and questions. This covers the relevance of the language used to describe the compositions of services, their formalizations, their formal verification before and after running the composition process, and the need of maintaining a constant quality of services. The aim of this dissertation is to develop a rigorous approach to specifying, modelling, verifying and validating the behaviour of Web service compositions with the goal of simplifying the task of designing coordinated distributed services and their interaction requirements. More precisely, we have proposed a semantic framework that provides a foundation for addressing the existing limitations in the context of Web services compositions by supporting the following functionalities: (i) to formally specify requirements for BPEL processes. The requirements specify behavioural properties of the composition process, or assumptions about the behaviour of the composition as a whole and its constituent services, (ii) to extend the approach to include models of service choreography with multiple interacting Web services compositions, from the perspective of a collaborative distributed composition development environment, (iii) to verify these requirements against process executions. The requirements verification can be done either a-priori, i.e., at design time, or a-posteriori, i.e., after runtime, (iv) to use the specifications of the violated requirements to generate queries for discovering services that could substitute for malfunctioning services or services that may become unavailable or fail to meet certain requirements.

Dans la majeure partie des travaux effectués dans le domaine de la surveillance des systèmes, les outils servant à la détection et à la localisation des défauts sont synthétisés à partir d'une représentation en boucle ouverte du système. Or, la réalité des applications industrielles fait que les systèmes sont majoritairement insérés dans une boucle de régulation ou d'asservissement. Dans ce contexte, la tâche de diagnostic s'avère particulièrement délicate pour différentes raisons. D'une part, le contrôleur peut atténuer l'effet des défauts ce qui rend difficile leur détection. D'autre part, les entrées du système étant corrélées avec les sorties à cause du bouclage cela engendre une difficulté pour la localisation. Les travaux présentés dans cette thèse se scindent en deux parties: la première porte sur l'analyse systématique de la sensibilité des différents signaux de la boucle de régulation par rapport aux défauts (paramétriques et non paramétriques). L'objectif est de sélectionner ceux qui contiennent le plus d'information sur les défauts pour être exploités par la procédure du diagnostic. La deuxième propose une méthode de détection et de localisation de défauts des systèmes linéaires en boucle fermée soumis à des défauts additifs. Le principe de la méthode consiste à découpler les défauts des sorties afin que chaque défaut affecte une seule sortie ce qui facilite leur localisation / In most of the works concerning system supervision, the methods developed for fault detection and isolation are synthesized from an open-loop representation of the system. But considering real industrial applications, it appears that , most of the times, the system is inserted in a control loop with output feedback. In this context, the task of diagnosis is tedious for several reasons. Firstly, the controller is designed in order to attenuate the effect of the faults, consequently their detection becomes challenging. Secondly, due to the output feedback, the system inputs are correlated with the system outputs, which can complicate the fault isolation. The works presented in the present thesis can be divided into two parts. The first one focuses on the systematic analysis of the sensitivity of the several signals of the control loop with respect to the faults (both additive and parametric faults have been considered). The sensitivity analysis is carried out to select the signal encompassing most information on fault in order to be used for fault diagnosis. In the second one, a fault detection and isolation method based on input-output decoupling is presented for closed-loop linear systems with additive faults. The point is to compute an output feedback such that each fault affects only one output, and thus ease the diagnosis

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Dans un contexte de réduction des émissions de gaz à effet de serre (GES) et de forte volatilité du prix des énergies, les investissements en efficacité énergétique des sites industriels résultent souvent d'un processus de décision complexe. L'industriel doit pouvoir disposer d'outils lui permettant d'élaborer les solutions d'efficacité énergétique envisageables sur son site. Outre la recherche des sources d'énergie alternatives, que sont les énergies renouvelables, qui n'atteindront leur maturité technologique que sur le long terme, une solution à court terme consiste plutôt à favoriser une utilisation plus rationnelle de l'énergie. Pour relever ce défi, l'analyse exergétique apparaît comme un outil très efficace, car elle permet d'identifier précisément les sources d'inefficacité d'un procédé donné et de proposer des solutions technologiques visant à y remédier. Malheureusement, contrairement au concept d'enthalpie traditionnellement utilisé pour réaliser des bilans énergétiques sur un procédé, ce concept demeure assez difficile à appréhender et n'est que très rarement implémenté dans les simulateurs de procédés. Les travaux présentés dans ce document visent d'abordà rendre l'analyse exergétique plus accessible en l'intégrant dans un simulateur de procédés, puis à démontrer la pertinence d'une telle analyse pour l'amélioration de l'efficacité des procédés et des utilités associées. Dans un premier temps, une formulation générique et indépendante du choix du modèle thermodynamique pour l'évaluation de l'exergie des flux de matière est introduite. Une méthode de calcul des différentes contributions de l'exergie (contributions thermique, mécanique et chimique) est développée et un nouveau concept visant à évaluer les potentiels de récupérations thermique et mécanique maximales est introduit. Par la suite, la notion de bilan exergétique sur un système donné (opération unitaire ou procédé complet) est introduite. Pour l'évaluation des exergies des flux de travail et de chaleur, deux cas de figure sont étudiés : le cas de l'amélioration de procédés existants (« retrofitting ») et le cas de la conception de nouveaux procédés (« design»). Dans le cas de l'amélioration de procédés existants et afin d'aider au diagnostic énergétique de ces systèmes, des tableaux synthétiques proposant des solutions technologiques visant à réduire les irréversibilités ou les pertes exergétiques externes du procédé sont proposés. Par ailleurs, après une analyse comparative des différentes formulations d'efficacité exergétiques existant dans la littérature, la notion d'efficacité intrinsèque est retenue comme le critère le plus adapté pour une optimisation de l'efficacité exergétique d'un procédé complexe. Enfin, une nouvelle méthodologie structurée dédiée à l'analyse exergétique et permettant de pallier les lacunes des méthodologies existantes est présentée. L'ensemble de ces concepts est implémenté dans un premier prototype logiciel écrit en langage VBScript et intégré au simulateur de procédés ProSimPlus. Enfin, l'efficacité de la procédure est démontrée à travers une étude de cas portant sur la production de gaz naturel. / Energy issue is becoming increasingly crucial for industrial sector that consumes large quantities of utilities. Although the scientific world should continue to look for alternate sources of energy, a short-term solution would rather rely on a more rational use of energy. To face this challenge, exergy analysis appears a very efficient tool as it would enable to increase efficiency and reduce environmental impact of industrial processes. Unfortunately, contrary to enthalpy, this concept is rather difficult to handle and exergy analysis is rarely implemented in process simulators. In this context, the major objective of the study presented in this dissertation is to make exergy analysis more understandable by coupling it with the use of a process simulator and also to demonstrate the value of this approach for analysis of energy efficiency of processes and utilities. This dissertation presents a generic formulation for exergy of material streams that does not depend on the thermodynamic model, so that it could be easily implemented in a process simulator. The different contributions of exergy (thermal, mechanical and chemical) have been developed and new concept such as the maximal thermal and mechanical recovery potential has been introduced in order to pave the way for exergy analysis. The formulations of exergy balances on a real process are presented. For that purpose, the formulation of exergy for heat and work flux is developed. The formulation of exergy balances has been introduced for both design and retrofit situations and then a set of hints for the interpretation of this exergy balance has been given. Synthetic tables providing solutions to reduce irreversibilities and external losses have been introduced. Moreover, different kinds of exergy efficiency have been defined to provide a new criterion for the optimization of the process. A new structured methodology for exergy analysis is developed to overcome the limitations of existing methodologies. To make exergy analysis easier for any engineer, a first prototype has been developed to implement the calculation of exergy for the material streams in a process flowsheet modeled in ProSimPlus. Thanks to this prototype, exergy of each material stream appears in a synthesis table next to the traditional thermodynamic values such as the enthalpy. Finally, a case study on Natural Gas Liquids recovery process is presented to demonstrate the benefit of the exergy analysis for the improvement of existing processes. First, the exergy analysis permits to make an energy diagnosis of the process: it pinpoints the inefficiencies of the process which relies not only on irreversibilities but also on external exergy losses. Then, based upon respective values of internal and external losses and also thanks to the breaking down of exergy into it thermal, mechanical and chemical contributions, some technological solutions are suggested to propose a retrofit process. Finally, the exergy efficiency criteria enable to optimize the operating parameters of the process in order to improve its energy efficiency.

Les risques sont inhérents à l’activité industrielle. Les prévoir et les maîtriser sont essentiels pour la conception et la conduite en sécurité des procédés. La réglementation des risques majeurs impose aux exploitants la réalisation d’études de sécurité quantitatives. La stratégie de maîtrise des risques repose sur la pertinence des analyses de risques. En marche dégradée, la dynamique des événements est déterminante pour quantifier les risques. Toutefois, de nos jours cette connaissance est difficilement accessible. Ce travail propose une méthodologie d’analyse de risques quantitative qui combine la méthode HAZOP, le retour d’expérience et la simulation dynamique de dérives de procédés. Elle repose sur quatre grandes étapes : La première étape est l’étude du fonctionnement normal du procédé. Pour cela, le procédé est décrit de façon détaillée. Des études complémentaires de caractérisation des produits et du milieu réactionnel sont menées si nécessaires. Ensuite, le procédé est simulé dynamiquement en fonctionnement normal. Lors de la seconde étape, parmi les dérives définies par l’HAZOP et le retour d’expérience, l’analyste discrimine celles dont les conséquences ne sont pas prévisibles et/ou nécessitent d’être quantifiées. La troisième phase fournit une quantification du risque sur la base de la simulation dynamique des scenarii retenus. Lors de la dernière étape, des mesures de maîtrise des risques sont définies et ajoutées au procédé lorsque le niveau de risque est supérieur au risque tolérable. Le risque résiduel est ensuite calculé jusqu’à l’atteinte de la cible sécurité. Le logiciel Aspen Plus Dynamics est sélectionné. Trois études de cas sont choisies pour démontrer d’une part, la faisabilité de la méthodologie et d’autre part, la diversité de son champ d’application : · la première étude de cas porte sur un réacteur semi-continu siège d’une réaction exothermique. L’oxydation du thiosulfate de sodium par le peroxyde d’hydrogène est choisie. Ce cas relativement simple permet d’illustrer la diversité des causes pouvant être simulées (erreur procédurale, défaut matériel, contamination de produits, …) et la possibilité d’étudier des dérives simultanées (perte de refroidissement du milieu et sous dimensionnement de la soupape de sécurité). · le deuxième cas concerne un réacteur semi-batch dans lequel une réaction exothermique de sulfonation est opérée. Elle est particulièrement difficile à mettre en œuvre car le risque d’emballement thermique est élevé. Cette étude montre l’intérêt de notre approche dans la définition des conditions opératoires pour la conduite en sécurité. · le troisième cas d’étude porte sur un procédé continu de fabrication du propylène glycol composé d’un réacteur et de deux colonnes de distillation en série. L’objectif est ici d’étudier la propagation de dérives le long du procédé. Sur la base du retour d’expérience, deux dérives au niveau du rebouilleur de la première colonne sont étudiées et illustrent les risques de pleurage et d’engorgement. La simulation dynamique illustre la propagation d’une dérive et ses conséquences sur la colonne suivante.

ON S'INTERESSE A LA COMMANDE EN QUALITE DE COLONNES A DISTILLER MULTICOMPOSEES, EN ETENDANT AUX COLONNES PSEUDO-BINAIRES DES RESULTATS RECENTS ETABLIS POUR LES COLONNES BINAIRES. ON COMMENCE PAR METTRE EN EVIDENCE LA DIFFICULTE D'ETENDRE DIRECTEMENT LES TECHNIQUES EMPLOYEES DANS LE CAS BINAIRE. ON DEMONTRE DANS CE CADRE UNE PROPRIETE VERIFIEE PAR LE JACOBIEN DES FONCTIONS D'EQUILIBRE LIQUIDE-VAPEUR ET ON AFFINE LA DESCRIPTION GEOMETRIQUE DE LA DYNAMIQUE DU FLASH. ON DEVELOPPE ENSUITE UNE TECHNIQUE DE REDUCTION DES MODELES DE COLONNES PSEUDO-BINAIRES, QUI PERMET D'APPLIQUER UNE TECHNIQUE DE REJET DE PERTURBATIONS POUR LA COMMANDE EN QUALITE DE TELLES COLONNES. ON MONTRE EN SIMULATION ET AVEC DES RESULTATS SUR SITE LA PERTINENCE DE LA METHODE. ELLE PERMET D'ABORDER LA COMMANDE DE SCHEMAS DE REGULATION PLUS COMPLEXES: ON L'APPLIQUE AU CAS D'UN SPLITTER-STRIPPER D'ESSENCES ET ON OBTIENT EN SIMULATION DE BONNES PERFORMANCES.

Nous présentons dans un premier temps un cadre de construction de modèles de colonne de distillation prenant en compte de manière générale une large classe de modèles thermo- dynamiques pour un nombre quelconque de constituants et le comportement hydrodynamique des plateaux. Après un rappel des résultats de la littérature pour les colonnes binaires, nous démontrons un résultat d'existence et d'unicité du point stationnaire d'un modèle de colonne à 'débits molaires constants' à un nombre quelconque de constituants et un résultat d'inversion de l'équilibre thermodynamique. Nous définissons la notion de fonction 'simplexe-relative' pour décrire les propriétés de fonctions d'un simplexe sur lui-même construites à partir des modèles thermodynamiques. Les résultats s'appuient sur la théorie du degré topologique appliquée à ces fonctions. Nous présentons ensuite une extension de la méthode de réduction de modèle par agrégation et son utilisation pour la commande. Nous testons la commande obtenue en simulation sur un modèle de colonne de distillation industrielle à haute pureté.