Face aux sources d’énergie épuisables et polluantes, la production d’électricité par énergie solaire à concentration photovoltaïque (CPV) connaît depuis 2010 une croissance significative. Les systèmes ayant les plus hauts rendements (< 29%) sont constitués de trackers à deux axes combinés à des modules à modules (CPV) allant de 300x à 2500x, intégrant des cellules PV à triple jonction, dont l’efficacité mesurée en laboratoire est supérieure à 35%. Les pertes des systèmes sont dues aux conditions de fonctionnement extérieures fluctuantes, parmi lesquelles : la température, le contenu spectral du flux lumineux, la taille variable du disque solaire et la précision du suivi soumis à des limites physiques et des charges de vents variables. L’industrie tente de pallier à ces difficultés par des dispositifs à concentrations optique à angle d’acceptance (AA) large. Mais la caractérisation en laboratoire de tout dispositif doit être complétée par des tests en conditions externes. Ce projet consiste en la conception et la réalisation d’un banc d’essai extérieur de caractérisation de modules CPV, sous conditions réelles et variables, au moyen de tests I-V. Les données sont archivées sur une base de données, et prétraitées pour analyses des résultats. Les objectifs de caractérisation ont été atteints, soit le positionnement ponctuel précis en azimut et en élévation lors d’un test I-V, la répétition de cette étape selon des protocoles ajustables. Six dispositifs CPV à large AA ont été caractérisés en même temps (plus de 146 000 lectures). Des suggestions sont faites pour corriger les problèmes rencontrés. Des questions de recherches ultérieures sont posées, l’ensemble confirmant la pertinence de ce type de banc d’essai.

L'objectif de ce travail de doctorat étati d'examiner les modalités d'entrainement permettant de développer la vitesse de balle post impact en coup droit au tennis, tout en évaluant les risques potantiels d'hypersollicitation de l'épaule qui pourraient en résulter. Les résultats de nos différentes études ont montré que la puissance maximale développée lors d'un lancer de medecine-ball (MB) à 2 mains sur le côté expliquait 25% de la variation de la vitesse maximale de balle en coup droit et qu'elle était atteinte en utilisant une masse de MB de 5,7% du poids de corps du joueur. Toutefois, les relations entre les distances obtenues lors de ce type de lancer et la vitesse de balle en coup droit sont faibles. En revanche, les lancers de MB sur le côté à une main ont démontré une relation significative avec la vitesse maximale de balle en coup droit. Un entrainement de six semaines basé sur l'utilisation de ce type de lancers a augmenté la vitesse de balle de 11% mais la précision des coups tendait à diminuer. Finalement, un entraînement incorporant des frappes de balle avec une raquette lestée d'environ 12% a également amélioré la vitesse maximale de balle en coup droit (5%), tout en conservant la précision des coups. Enfi, la comparaison de la coordiantion musculaire entre lesles deux types de lancers de MB et la frappe en coup droit a montré que les muscles du tronc et du membre supérieur testés présentaient des modèles d'activité musculaire et des niveaux de sollicitations similaires. Ainsi, les craintes concernant un potentiel de blessure ne sembleraient pas justifiées. Ainsi, les résulats de ces tudes ont contribué à la périodisation de la préparation physique pour l'amélioration de la performance en coup droit chez le joueur de tennis compétiteur amateur / This work aimed at exploring the training modalities to develop maximal post impact ball velocity fo the tennis forehand drive, while assessing the potential risk of upper limb oeruse. The results of our studies showed that maximal power developed during a two-handed side medecine-ball(MB) throw explained 25% of the variation of maximal forehand ball velocitiy, and was achieved when using a MB mass of 5,7 % of player's body weight. However, the relationship between throwing distances and maximal ball velocity of forehand drive was weak. By contrast, a significant relationship was found between the performance for the one-handed side MB throw and the maximal velocity of the forehand drive. A six-week trainig program based on one-hand MB throws increased the ball velocity by 11%, but the shot accuracy tended to be reduced. In the same way, a six-week training program including forehand drives with an overweighted racketr about 12 % allowed the maximal forehand ball velocity to be improved (5%), without alteration in theshot accuracy. Finally, the comparison of muscular coordination between both MB throws and the forehand drive demonstrated that the trunk and upper limb muscles presented similar activity pattern and levels. The potentials for injury risk would thus not justify. In conclusion, the finding of this work contributed to the periodization of the strength and conditioning training in order to improve the forehand drive performance in nonprofessional competitive tennis players.

Cette thèse propose principalement, un algorithme État-Flow MPPT basé P&O, amélioré avec deux degrés de liberté, dans lequel le système événementiel (MPPT) de comportement est modélisé par le décrivant en terme de transition entre les états, sous certaines conditions. Secondairement, un algorithme étendu MPPT, base d'exploitation en parallèle de l'état-débit est en outre proposé d'être une solution difficile pour le contrôle indépendant du système hybride, où la caractéristique de contrôle continu peut se présenter au cours d'un certain état de travail tout en discrète, est indiquée le long des transitions d'état. Deux configurations possibles pour le système hybride sont proposées : deux convertisseurs DC/DC séparés, et un convertisseur de sortie unique à double entrée (DISO) de configurations. Enfin, il est proposé, un comportement du système DC modélisation utilisant État-Flow, menant à l'ensemble de la conception de la stratégie de commande qui concernent RES MPPT, RES et la coordination BESS, la stabilité du système d'alimentation et de régulation de la tension du bus DC. La simulation et les résultats expérimentaux valident l'efficacité et l'applicabilité de l'algorithme proposé. Les deux résultats montrent la supériorité du MPPT basé proposé État-Flow pour réduire les oscillations de puissance RESs à l'état d'équilibre dans diverses conditions d'exploitation, en plus de son démarrage plus rapide, et l’opération de transition sans divergence de la MPP, selon des conditions météorologiques variables. / This thesis primarily proposes, an improved P&O based State-Flow MPPT algorithm featuring two degree of freedom, in which the event driven system (MPPT) behaviour is modelled by describing it in terms of transitions among states under certain conditions. Secondarily, an extended parallel operating State-Flowbased MPPT algorithm is further proposed to be a challenging solution for the independent control of the hybrid system, where continuous control characteristic can present during a certain working state while discrete one is indicated along state transitions. Two possible configurations for the hybrid system are proposed; two separate DC/DC converters and dual input single output converter (DISO) configurations. Finally it is proposed, DC system behaviour modelling using State-Flow leading to the whole control strategy design which concern RESs MPPT, RESs and BESS coordination, power system stability and DC bus voltage regulation.Simulation and experimental results validate the effectiveness and applicability of the proposed algorithm, both results show the superiority of the proposed State-Flow based MPPT in reducing the RESs power oscillations at steady-state in various operating conditions in addition to its faster start-up and transition operation without divergence from the MPP during sudden varying weather conditions.

Ce travail de thèse s’est déroulé dans le cadre d’une convention CIFRE entre mon laboratoire de rattachement C3S (EA4660) et le département Recherche et Développement (R&D) de l’équipe cycliste professionnelle FDJ. Les différentes études que nous avons conduites se sont articulées autour de l’amélioration de la performance sportive chez le cycliste à travers une variable centrale qui est la puissance mécanique qu’il développe lors de la locomotion (Pméca) selon deux axes principaux : 1) l’évaluation et le suivi du potentiel physique avec pour but l’amélioration du processus d’entraînement et 2) l’optimisation de l’interface homme – machine à partir de l’analyse du matériel et des équipements utilisés par les cyclistes dans l’équipe FDJ. / This thesis has been completed as part of a CIFRE agreement between the laboratory C3S(EA4660) and the Research and Development (R&D) department of the FDJ professionalcycling team. The various studies that we conducted centred on analysing sport performanceoptimisation in cyclists through a central variable: the mechanical power output (PO)developed during locomotion. There were two main areas of focus: 1) evaluation andmonitoring of physical potential, with the aim of improving the training process, and 2)optimisation of the human–machine interface via analysis of the materials and equipmentused by the FDJ team cyclists

Ce mémoire présente le travail de recherche effectué pour la conception d'une stratégie de commande originale, destinée aux systèmes de puissance hybrides en sites isolés. Le système considéré, voué à l'alimentation électrique d'une habitation, comprend deux sources, un groupe de panneaux photovoltaïques et une petite éolienne, et deux types de stockage, un banc de batteries lithium-ion et un de supercondensateurs. Face au problème de gestion de l'énergie dans un système hybride, et aux enjeux de maximisation de sa puissance produite, nous proposons de développer une stratégie de commande basée sur les flux d'énergie. pour cela, nous présentons dans un premier temps les modélisations d'Euler-Lagrange et hamiltonienne du système. Ces modèles permettent d'utiliser la propriété de passivité de celui-ci, et ainsi de synthétiser des commandes par injection d'amortissement pour chaque source, afin de maximiser sa production, et pour les supercondensateurs, dans le but d'assurer une répartition cohérente des flux d'énergie entre eux et les batteries. Les commandes sont finalement mises en œuvre dans un simulateur, puis dans un banc d'essai expérimental, afin d'une part de comparer leurs performances à celles de solutions préexistantes, et d'autre part de valider le bon fonctionnement du système hybride complet les utilisant.

Ce mémoire présente le travail de recherche effectué pour la conception d'une stratégie de commande originale, destinée aux systèmes de puissance hybrides en sites isolés. Le système considéré, voué à l'alimentation électrique d'une habitation, comprend deux sources, un groupe de panneaux photovoltaïques et une petite éolienne, et deux types de stockage, un banc de batteries lithium-ion et un de supercondensateurs. Face au problème de gestion de l'énergie dans un système hybride, et aux enjeux de maximisation de sa puissance produite, nous proposons de développer une stratégie de commande basée sur les flux d'énergie. pour cela, nous présentons dans un premier temps les modélisations d'Euler-Lagrange et hamiltonienne du système. Ces modèles permettent d'utiliser la propriété de passivité de celui-ci, et ainsi de synthétiser des commandes par injection d'amortissement pour chaque source, afin de maximiser sa production, et pour les supercondensateurs, dans le but d'assurer une répartition cohérente des flux d'énergie entre eux et les batteries. Les commandes sont finalement mises en œuvre dans un simulateur, puis dans un banc d'essai expérimental, afin d'une part de comparer leurs performances à celles de solutions préexistantes, et d'autre part de valider le bon fonctionnement du système hybride complet les utilisant. / This thesis presents the research about design of a new control strategy for stand-alone hybrid power systems. The considered system is composed of two sources, a group of photovoltaic panels and a low-power wind generator, and of two kinds of storage, a bank of lithium-ion batteries and one of supercapacitors. Faced with the problem of energy management in a hybrid power system, and with necessity of maximizing the produced power, we intend to develop an energy-based control strategy.For this purpose, we present the system's Euler-Lagrange modeling and Hamiltonian modeling. These models allow the use of the passivity property, and then the design of Passivity-Based Controllers for each source, in order to maximize its production, and for the supercapacitors, to ensure a fitted power sharing between batteries and them. The controllers are finally implemented in a simulator, and then in a experimental test bench, in order to compare their performances to pre-existent solutions, and tovalidate the control law for the global hybrid system.

L’intégration de l’énergie éolienne, qui est une ressource renouvelable très utilisée, n’est pas toujours facile pour le micro-réseau urbain. Dans cette thèse, une éolienne urbaine basée sur une machine synchrone à aimants permanents (MSAP) est étudiée pour être intégrée dans un micro-réseau urbain à courant continu. Un état de l'art concernant les énergies renouvelables, les micro-réseaux à courant continu et les stratégies de contrôle de la production d'énergie éolienne, est réalisée. Basé sur un modèle d’éolienne urbaine répondant à la demande du système électrique, qui se compose d’un émulateur de vent et de pales, un MSAP et un convertisseur DC/DC, cette thèse propose des méthodes de poursuite du point de puissance maximale satisfaisant à l’obligation de produire de l’énergie dans la mesure du possible. Une stratégie de contrôle à puissance limitée répond correctement. De simples à complexes, quatre algorithmes MPPT, P&O à pas fixe, P&O à pas variable avec la méthode Newton-Raphson améliorée, P&O à pas variable à base de logique floue et une méthode indirecte de type lookup table, sont étudiés et implémentés pour être comparés à l’aide de trois profils de vitesse du vent. Par expérimentation, les algorithmes MPPT et PLC sont comparés, analysés et discutés. Résumant tous les résultats expérimentaux, la méthode lookup table peut gérer toutes les exigences du mode de fonctionnement MPPT en présentant la meilleure performance, mais, dans le mode de fonctionnement PLC, la P&O à base de logique floue présente les meilleures performances. / The integration of the wind power, which is one mostly used renewable resource, is always one challenger for urban microgrid. In this thesis, one urban wind turbine based on a permanent magnet synchronous machine (PMSM) is studied in order to be integrated into a DC urban microgrid. A state of the art concerning the renewable energies, DC microgrid, and control strategies of wind power generation is done. Based on a model of urban wind turbine fitting the demand of urban electric system, which consists of an emulator of wind speed and blades, a PMSM and a DC/DC converter, this thesis proposes the maximum power point tracking (MPPT) methods satisfying the requirement of producing energy as much as possible, and power limited control (PLC) strategies answering the demand of flexible energy production. From simple to complex, four MPPT algorithms including Perturbation and Observation (P&O) fixed step-size method, P&O with improved Newton-Raphson method, P&O with fuzzy logic method and lookup table method are studied and implemented to be compared with each other using three wind velocity profiles. According to the experience about MPPT subject, four PLC algorithms are introduced and implemented to be analyzed and compared with each other with one power demand profile calculated randomly. Summarizing all experimental results, the lookup table method can handle all requirement of MPPT operating mode supplying the best performance, however, in the condition of more flexible power demand operating mode, the combination of P&O and fuzzy logic method presents the best performance and potential which can be achieved in future works.

Ces dernières années, un intérêt croissant pour les systèmes électroniques de puissance a été motivé par l'émergence de sources d'énergie distribuées et renouvelables raccordées aux réseaux électriques. Dans ce contexte, la nécessité de topologies de faibles puissances alimentées par quelques modules photovoltaïques, en évitant l'utilisation de transformateurs, a ouvert l'étude de convertisseurs spéciaux et l’étude des stratégies de commande associées afin d’assurer la stabilité, la fiabilité et un rendement élevé du dispositif. Une possible solution est d’utiliser un dispositif générique connu dans la littérature scientifique et commerciale comme « micro-onduleur » ou «convertisseur intégré au module » qui avec le module photovoltaïque définit un produit « plug and play » appelé "module AC".Ce travail est consacré à l'étude d'un micro-onduleur monophasé avec deux étapes sans transformateur raccordée au réseau. La topologie proposée est composé d’un convertisseur DC-DC non isolé élévateur avec un gain quadratique et un onduleur réducteur lié au réseau connectés en cascade. Le convertisseur DC-DC extrait en permanence la puissance maximale du module photovoltaïque malgré les changements dans les conditions environnementales. L'étape DC-AC injecte la puissance extraite par l'étape DC-DC dans le réseau et assure un niveau élevé de qualité de l’énergie. Les efforts de recherche de ce travail sont concentrés sur la mise au point de commandes utilisant comment base, la théorie de contrôle par mode de glissement, qui conduit à une mise en œuvre simple avec une description théorique complète validée á partir de simulations et expérimentations.Après avoir décrit l'état de l’art dans le premier chapitre, le manuscrit est divisé en quatre chapitres, qui sont dédiés respectivement à l’algorithme de recherche du point de puissance maximale (MPPT), á l’étape de conversion DC-DC, á l'étape de conversion DC-AC et finalement au micro-onduleur complet. Un nouvel algorithme de recherche extrémal du point de puissance maximale est développé (SM-ESC). Pour la étape DC-DC, le convertisseur élévateur quadratique avec seulement un interrupteur contrôlé est étudié utilisant le concept de résistance sans perte par mode de glissement (de l’acronyme anglais : Sliding-Mode Loss-Free-Resistor – SM-LFR) afin d’obtenir un gain de tension élevé avec un fonctionnement sûr et compatible avec l’algorithme MPPT. Pour la étape DC-AC, le convertisseur de pont complet est contrôlé comme un onduleur de source de puissance (de l’acronyme anglais : Power Source Inverter - PSI) en utilisant une commande par mode de glissement qui poursuit une référence sinusoïdale de courant de sortie. Cette commande est complétée par une boucle de régulation de la tension du bus DC qui assure une haute qualité d’énergie injectée dans le réseau. Enfin, les trois étapes constitutives sont fusionnées pour obtenir un micro-onduleur complètement contrôlé par la technique de mode de glissement, ce qui constitue le principal résultat et contribution de cette thèse. / These last years, a growing interest in power electronic systems has been motivated by the emergence of distributed renewable energy resources and their interconnection with the grid. In this context, the need of low power topologies fed by a few photovoltaic modules avoiding the use of transformers opens the study of special converters and the associated control strategies ensuring stability, reliability and high efficiency. A resulted generic device known in the commercial and scientific literature as “microinverter” or “module integrated converter” performs a plug and play product together with the PV module called an “AC module”.This work is devoted to the study of a transformer-less single-phase double-stage grid-connected microinverter. The proposed topology has a non-isolated high-gain boost type DC-DC converter and a non-isolated buck type DC-AC converter connected in cascade through a DC bus. The DC-DC converter permanently extracts the maximum power of the PV module ensuring at the same time a good performance coping with power changes introduced by the change in the environmental conditions. The DC-AC stage injects the power extracted by the DC-DC stage into the grid ensuring a high level of power quality. The research efforts focus on the involved control functions based on the sliding mode control theory, which leads to a simple implementation with a comprehensive theoretical description validated through simulation and experimental results.After giving the state-of-the-art in the first chapter, the manuscript is divided into four chapters, which are dedicated to the Maximum Power Point Tracking (MPPT), the DC-DC stage and its control, the DC-AC stage and its control and the complete microinverter. A new Extremum Seeking Control (ESC) MPPT algorithm is proposed. The single-switch quadratic boost converter is studied operating as a Loss-Free-Resistor (LFR) obtaining a high DC output voltage level with a safe operation. The full-bridge converter is controlled as a Power Source Inverter (PSI) using a simple sliding-mode based tracking law, regulating the voltage of the DC bus and then ensuring a high power quality level in the grid connection. Finally, the three building blocks are merged to obtain a sliding mode controlled microinverter constituting the main result and contribution of the work