Porous media are ubiquitous in our common life : typically, the soil, our skin, our clothes, the coffee filters ... exhibit non-homogeneous properties (their porosity) which allow various fluids to flow across the solid matrix. Exploiting the porous properties of these materials is also frequent in the industry. Indeed, they are present in many application fields such as the forming of composite materials, clean motor devices, filtration systems, oil extraction, mixing devices, biological tissue substitution, etc. The objective of this thesis is to investigate the transport phenomena associated with a wide class of flows in porous media and to analyse more deeply the associated physical effects, as represented by the medium permeability and mechanical dispersion tensors. The present work has been carried out following a three-step strategy. Firstly, we have investigated the theory of transport in porous media and we have developed continuous and micro-macro physical models to represent the principal macroscopic flow effects taking into account the associated application conditions. Then we have studied the numerical solution of the resulting system while an experimental device has been set up in order to validate the entire strategy and the obtained simulation results. Finally, as applications of our developments, we have investigated some industrial flows pertaining to Liquid Moulding Technologies, and also the behaviour of cartilage as a porous medium, with a final comparison of numerical and experimental results.

Depuis 1980, l'idée d'utiliser des systèmes chaotiques pour la conception d'algorithmes de chiffrement/déchiffrement attire de plus en plus l'attention des chercheurs. La riche dynamique des systèmes chaotiques, telle que la sensibilité aux conditions initiales et aux paramètres de contrôle, l'imprédictibilité à long terme et à large spectre, permet d'avoir de fortes propriétés telles que la "confusion" et la "diffusion". La découverte de la possibilité d'une synchronisation du chaos en 1990, a ouvert les portes d'investigation aux chiffrements chaotiques. Par ailleurs, deux approches possibles coexistes pour la conception des cryptosystèmes basés chaos : les approches analogique et numérique. Les techniques de chiffrement analogiques sont basées principalement sur la recherche d'une synchronisation des signaux chaotiques générés analogiquement. Tandis que, les techniques numériques de chiffrement chaotique ne dépendent pas d'une synchronisation chaotique et peuvent être mis en ?uvre soit sous forme logicielle ou matérielle. Plusieurs contributions ont été proposées pour la réalisation de cryptosystèmes numériques. Cependant, la plupart d'entre elles sont vulnérables et cryptanalysées. Afin de concevoir des chiffrements numériques chaotiques plus robustes et répondant aux besoins de sécurité dans les systèmes embarqués, des mécanismes originaux doivent soigneusement être considérés au cours d'une conception. Toutefois, le problème de la dégradation dynamique d'une numérisation lors de la conception des systèmes chaotiques n'a pas été sérieusement considéré par la plupart des concepteurs d'algorithmes de chiffrements numériques. D'autre part, la quasi-totalité des cryptosystèmes numériques basés chaos proposés ne traitent l'aspect pas sécurité-embarquabilité. Cette thèse se concentre sur la conception et l'implantation numérique d'un nouveau cryptosystème basé chaos, dédié aux applications embarquées temps réel. Parmi les tâches développées au cours de ces travam de thèse, on trouve les solutions adaptées et performantes de résolution de ces deux principaux inconvénients, notamment pour les applications embarquées sécurisées. Nos principales contributions sont, premièrement la conception et l'implantation sur FPGA de nouveaux générateurs de clés pseudo-aléatoires basés sur des systèmes chaotiques (continus et discrets). Deuxièmement, l'analyse statistique détaillée de la sécurité de ces générateurs. Troisièmement, la conception d'un nouveau générateur de clés de chiffrement adéquat par comparaison et son intégration dans un cryptosystème symétrique par flot, tout en y incluant la résolution du problème de la synchronisation entre un émetteur et un récepteur. Quatrièmement, la mise en ?uvre matérielle du cryptosystème proposé pour des applications réelles de cryptage/décryptage. Plus précisément, le chiffrement/déchiffrement en temps réel de données audio, image et vidéo. De plus, une évaluation des performances et une comparaison avec d'autres algorithmes basés chaos sont réalisées afin d'extraire les points faibles et forts de l'approche proposée et dont le but d'en tirer des perspectives de travaux futurs / Since 1980, the idea of using dynamic systems with chaotic behaviour for the design of encryption/decryption algorithms has attracted increasing: attention from researchers. The strong dynamics of chaotic systems such as sensitivity to initial conditions and control parameters, the unpredictability in the long term and broad-spectrum can provide important properties such as confusion and diffusion usually meet in standard cryptography. In addition, there are two possible approaches for designing chaos-based cryptosystems: analog and digital. Analog encryption techniques are primarily based on chaos-synchronization, while the chaotic digital encryption approaches do not depend on the chaos-synchronization and can be implemented either in software or hardware. This thesis focuses on the digital design and implementation of a new cryptosystem based on chaos-synchronization. The discovery of the possibility of chaos synchronization in 1990 opens the door to investigation digital chaos-based encryption. Indeed, many contributions are made for many promising achievements of digital cryptosystems. However, a number of recently proposed digital chaotic ciphers have been shown that they are not secure enough and they are cryptanalyzed. In addition, in order to design more secure digital chaotic ciphers and meet the security requirements in embedded systems, rules and new mechanisms must be carefully considered to make up the flaws in the design flow. However, the problem of the degradation dynamics of chaotic systems has not been seriously considered by most designers of digital chaotic ciphers. Furthermore, most all the digital chaos-based cryptosystems proposed in the literature does not address the issue of real-time embedded applications. Consequently, the tasks of these thesis works focus on the design solutions providing the real secure suitable for embedded applications. Our contributions in this thesis are, firstly the design and hardware implementation on reconfigurable FPGA technology of a pseudo-random key generator based on chaotic systems (continuous and discrete). Secondly, the statistical analysis detailed security of the proposed generators. Thirdly, the development, the conception and the integration of a new chaotic generator in a symmetric stream cipher, includes the resolution problem of the chaos synchronization between the transmitter (encryption) and receiver (decryption). Fourthly, the hardware implementation of the proposed cryptosystem on real encryption applications. i.e. the encryption/decryption of real-time audio, image and video data. In addition, a performance evaluation and comparisons with previous conventional and chaos-based ciphers is performed in order to extract these weaknesses and strengths and define future work prospects

Les travaux présentés dans cette thèse s'inscrivent dans le contexte de la robotique de manipulation distante où les possibilités de communication entre l'opérateur et le site robotisé sont réduites. Pour accroître l'autonomie de fonctionnement du manipulateur distant, il faut pouvoir raisonner sur un modèle du robot et de son environnement de travail. En raison de la connaissance imprécise de ce dernier, il est indispensable de disposer de moyens d'identification des positions et de la taille des objets en interaction avec le robot. De plus, le caractère non répétitif et la complexité des tâches envisagées nécessitent l'emploi d'un système rapidement reconfigurable et susceptible de traiter des problèmes suffisamment généraux. Dans cette perspective, l'approche proposée de spécification de tâches par contraintes autorise une description des actions à effectuer en termes de mobilités et de contraintes de contact à établir ou maintenir entre certains corps. Les relations de contraintes résultantes sont alors traitées par un module de résolution basé sur un schéma numérique itératif de type Newton-Raphson. Un niveau important de robustesse a été atteint grâce à une gestion dynamique du conditionnement des équations qui permet un choix automatique du scénario de résolution. Les applications de l'approche incluent en premier lieu la génération de trajectoires complexes et continues pour des systèmes robotisés quelconques. La mise en place de contraintes peut aussi être exploitée pour accomplir, localement, des évitements d'obstacles. Enfin, cette démarche se prête également à la résolution de tâches de calibration des objets présents dans l'univers du robot. Cette caractéristique est essentielle dans le contexte de manipulation distante où les modèles sont mal connus a priori. Finalement, la présentation d'un scénario expérimental de suivi de joint de soudure, mis en œuvre sur un manipulateur réel, nous permet de formuler une proposition pour l'exécution de tâches robotisées sur sites distants

Cette thèse s'inscrit dans le cadre d'un projet R&T CNES. Elle concerne l'étude d'un actionneur appelé roue d'inertie, qui fait partie intégrante de l'ensemble SCAO (Système de Contrôle d'Attitude et d'Orbite). Les nouvelles roues proposées, dites Magnétohydrodynamique (MHD) à Conduction, présentent un volant d'inertie fluidique sous forme d'un canal torique, dans lequel un métal liquide conducteur à fort potentiel inertiel est mis en mouvement sous l'effet d'un champ électromagnétique. Contrairement aux roues actuelles, elles n'ont pas de roulements ni d'arbre mécanique ce qui permet un gain en espace, un éloignement idéal de la masse inertielle, et une durée de vie théoriquement illimitée. Aussi, de par la viscosité naturelle du fluide, elles ne présentent pas de non-linéarité autour de la vitesse nulle ce qui évite une perte de précision sur le contrôle du couple de réaction, et donc du pointage du satellite. Le travail réalisé pendant la thèse porte sur l'appréhension des phénomènes MHD consistant en un couplage entre les lois de la Mécanique des Fluides et celles de l’Electromagnétisme, au travers de la loi d’Ohm généralisée. A partir d'hypothèses axisymétriques, et dans le cadre des milieux incompressibles et d’un écoulement laminaire, un modèle générale 3D a pu être établie. Puis une formulation 1D cylindrique a permis une résolution analytique, et une autre en 2D axisymétrique, par résolution numérique en différences fines, a permis l'amélioration de la précision des résultats. Ce modèle a permis de comprendre que deux approches étaient possibles pour la conception et plus particulièrement la commande de l'actionneur. Cette résolution, faisant l'objet du développement d'un code numérique, a d'abord porté sur les équations en régime permanent, puis en temporel, afin de caractériser l'actionneur du point de vue de ses deux modes de fonctionnement. La réalisation d’un prototype a permis de quantifier la validité de la modélisation d’un point de vue dynamique. / This thesis is part of a CNES R&T project. It's related to the study of an actuator called flywheel, which is part of AOCS (Attitude an Orbit Control System). The proposed new wheels, said Magnetohydrodynamic (MHD), are constituted by a fluid flywheel in the form of a ring channel, in which a conductive and high inertial potential liquid metal is driven through an electromagnetic field (Lorentz's force). Unlike current wheels, among others types DC brushless motor, MHD wheels, whose rotor is the fluid, have neither bearings nor mechanical shaft. This allows space saving, an ideal distance of the inertial mass, and a theoretically unlimited lifespan. Moreover, thanks to the natural viscosity of the fluid, they do not present a non-linearity around the zero speed which avoids a loss of precision in the reaction torque's control, and therefore the satellite pointing. The work for the thesis focuses on the apprehension of MHD phenomena. Indeed, MHD is a coupling between fluid mechanics' laws (Navier-Stokes, etc.) and Maxwell's equations, through the Lorentz force. From a number of assumptions, and as part of incompressible environment, a genral 3D model has been established. Then a 1D cylindrical formulation allowed an analytical resolution and another 2D axisymmetric one, by finite differences resolution, helped to improve results. This model allow us to understand that both approaches were possible for the design and especially the actuator control. The resolution, which is subjected to the development of a numerical code, first focused on the equations in steady state, then in dynamic, to characterize the actuator in terms of its two operating modes. The realization of a prototype has quantified the validity of the model from a dynamic point of view.

L'objectif principal de ce travail a été d'apporter une nouvelle contribution quant à l'approche de contrôle optimal pendant la phase d'identification. Il s'agissait de trouver la commande à appliquer pendant l'expérience qui permet d'optimiser un critère qui est fonction des sensibilités des sorties par rapport aux paramètres du modèle à identifier. Cette approche couplant contrôleur prédictif sous contraintes et estimateur a résolu en ligne le problème d'identification à chaque instant en utilisant l'observateur. En ce sens, c'est une approche permettant d'automatiser et d'optimiser le design d'expérience, tout en réalisant conjointement l'identification d'un paramètre du modèle spécifié. L'aspect temps réel a été pris en compte dans la formulation de la solution apportée. Dans ce contexte, nous avons introduit deux stratégies de commande pour l'identification optimale. La première était basée sur un modèle de prédiction non linéaire et la seconde sur un modèle linéaire temps variant. Si le temps devient un paramètre critique pour l'implémentation de l'approche, cette dernière vise à réduire le temps alloué à l'optimisation. L'approche d'identification optimale en ligne a été appliquée à deux problèmes concrets du Génie des Procédés (réaction de saponification et cuisson de peintures). Ces exemples ont permis de vérifier en simulation, l'efficacité et la faisabilité de cette approche.

L'objectif principal de ce travail a été de développer des solutions pour le contrôle de la distribution de la taille des particules (DTP) lors d'un procédé de polymérisation en émulsion. La DTP affecte les propriétés rhéologiques, et optiques du polymère ou encore sa stabilité. Pour ces raisons la DTP apparaît comme une caractéristique importante à contrôler. Le modèle décrivant l'évolution de la DTP est régi par des équations aux dérivées partielles (EDP) non linéaires. L'étude numérique du modèle a permis de dresser un modèle de commande. Deux types de stratégie de commande prédictive par modèle interne ont été définis, l'une basée sur un modèle de commande non linéaire et l'autre basée sur un modèle linéaire temps variant. La DTP étant difficilement mesurable en ligne, notre choix s'est porté vers d'autres mesures, les concentrations de tensioactif libre et de monomère. Il a été possible de définir des profils de concentration afin d'obtenir un produit final avec une DTP spécifique. Les résultats de simulations ont montré la faisabilité de cette approche.

L'objectif principal de ce travail de recherche est de contrôler l'évolution de la distribution des tailles de cristaux (DTC) dans un procédé de cristallisation en batch. Nous avons été amenés à chercher une résolution numérique du bilan de population et à proposer un algorithme rapide et précis. La méthode numérique a été étendue au cas de la taille des cristaux multidimensionnels en utilisant un maillage mouvant. Nous avons étudié le problème de la commandabilité du système à partir de son modèle discrétisé et puis à partir du modèle continu. Nous avons conçu une loi de commande en boucle fermée pour atteindre la DTC désirée à partir de la condition initiale. Pour compenser l'incertitude des paramètres du modèle, nous avons ajouté un second contrôle par retour d'état afin d'assurer la poursuite de la DTC désirée en présence de l'incertitude des paramètres. Nous avons construit un observateur qui nous permet d'avoir en ligne l'estimation des variables d'états. Ces variables d'état estimées sont utilisées dans la synthèse de la loi du contrôle

L’objectif de cette thèse est de proposer un modèle d’érosion diffuse qui intègre les principaux processus de ce phénomène (détachement, transport, sédimentation) et qui prend en compte l’interaction des gouttes de pluie avec ces processus. Dans un premier temps, nous avons établi une loi de détachement par la pluie qui inclut l’effet des gouttes et celui de l’épaisseur de la lame d’eau qui couvre la surface du sol. Pour obtenir cette loi, une étude numérique avec le logiciel Gerris a permis de modéliser les cisaillements créés par l’impact des gouttes sur des épaisseurs de lame d’eau variables. Ces cisaillements estiment la quantité de sol détaché par chaque goutte. Nous avons montré, à travers une étude probabiliste, que les gouttes sont quasiment indépendantes lors du détachement. Les détachements de l’ensemble des gouttes sont donc sommés pour établir la loi de détachement pour la pluie. Par ailleurs, l’étude probabiliste a montré la possibilité d’une forte interaction entre les gouttes de pluie et les particules en sédimentation. Par conséquent, pour le processus de transport-sédimentation, nous avons privilégié une approche expérimentale. Cette étude a révélé que l’effet des gouttes de pluie est d’augmenter la vitesse de sédimentation des particules. Enfin, nous avons proposé un nouveau modèle d’érosion qui généralise plusieurs modèles d’érosion de la littérature et décrit l’évolution des concentrations en sédiments avec des effets linéaires et non-linéaires. Selon le choix des paramètres du modèle, celui-ci peut représenter l’érosion diffuse et concentrée à l’échelle du bassin versant, le transport par charriage dans les rivières ou encore le transport chimique. L’intégration du modèle dans le logiciel de ruissellement FullSWOF est aussi réalisée. / The aim of this work is to formulate an interrill erosion model. This model should take into account the main erosion processes (detachment, transport and sedimentation) and the interaction of raindrops during these processes. First we develop a law for rainfall detachment that includes the effects of the raindrops and the water layer thickness at the soil surface. We use the Gerris software to simulate the shear stresses created by the impacts of raindrops at the soil surface. These shear stresses allow to evaluate the quantity of soil detached by each raindrop. We have shown with a probabilistic approach that raindrops are almost independent during soil detachment. Then by summing all the raindrops detachments we obtain the rainfall detachment law. Futhermore the probabilistic study has revealed the possibility of a strong interaction between raindrops and settling particles. So, we used specific laboratory experiments to investigate the particles transport and sedimentation processes. These experiments show that the effect of raindrops is to increase the particles settling velocity. Finally, we propose a new erosion model which encompasses previous literature erosion models and that can describe the behavior of sediments concentrations with linear and non-linear behaviors. The model is able to simulate interrill and rill erosions at the watershed scale, bedload transport in rivers and chemical transfer. The integration of the model in the FullSWOF runoff software is also carried out.

L'objectif principal de ce travail a été d'apporter une nouvelle contribution quant à l'approche de contrôle optimal pendant la phase d'identification. Il s'agissait de trouver la commande à appliquer pendant l'expérience qui permet d'optimiser un critère qui est fonction des sensibilités des sorties par rapport aux paramètres du modèle à identifier. Cette approche couplant contrôleur prédictif sous contraintes et estimateur a résolu en ligne le problème d'identification à chaque instant en utilisant l'observateur. En ce sens, c'est une approche permettant d'automatiser et d'optimiser le design d'expérience, tout en réalisant conjointement l'identification d'un paramètre du modèle spécifié. L'aspect temps réel a été pris en compte dans la formulation de la solution apportée. Dans ce contexte, nous avons introduit deux stratégies de commande pour l'identification optimale. La première était basée sur un modèle de prédiction non linéaire et la seconde sur un modèle linéaire temps variant. Si le temps devient un paramètre critique pour l'implémentation de l'approche, cette dernière vise à réduire le temps alloué à l'optimisation. L'approche d'identification optimale en ligne a été appliquée à deux problèmes concrets du Génie des Procédés (réaction de saponification et cuisson de peintures). Ces exemples ont permis de vérifier en simulation, l'efficacité et la faisabilité de cette approche. / The main aim of this work is to give a new approach of optimal control during the phase of identification. The question is how to tune the control action to be applied during the experiment optimize a criterion which is function of the sensitivities of the mesure with respect to the parameters of the model to be identified. This approach coupling constrained predictive controller and estimator solves on line the problem of identification by using the observer. In that sense, it is an approach allowing an optimal and automatic design of experiment, while performing at the same time the identification of one parameter of the specified model. The real time aspect was taken into account in the formulation of the solution. In this context, we introduced two strategies for optimal identification : the first one is based on a nonlinear model of prediction and the second one is based on a linear time varying model that may be used if the real time aspect becomes a critical parameter for the implementation of the approach. This approach of on line optimal identification was applied on two concrete problems in Chemical Engineering. These examples show the performance and the feasibility of this approach.

L'objectif principal de ce travail de recherche est de contrôler l'évolution de la distribution des tailles de cristaux (DTC) dans un procédé de cristallisation en batch. Nous avons été amenés à chercher une résolution numérique du bilan de population et à proposer un algorithme rapide et précis. La méthode numérique a été étendue au cas de la taille des cristaux multidimensionnels en utilisant un maillage mouvant. Nous avons étudié le problème de la commandabilité du système à partir de son modèle discrétisé et puis à partir du modèle continu. Nous avons conçu une loi de commande en boucle fermée pour atteindre la DTC désirée à partir de la condition initiale. Pour compenser l'incertitude des paramètres du modèle, nous avons ajouté un second contrôle par retour d'état afin d'assurer la poursuite de la DTC désirée en présence de l'incertitude des paramètres. Nous avons construit un observateur qui nous permet d'avoir en ligne l'estimation des variables d'états. Ces variables d'état estimées sont utilisées dans la synthèse de la loi du contrôle / The main objective of this research is to control the evolution of the Crystal Size Distribution (CSD) in a batch crystallization process. We are led to study a numerical resolution of the population balance and propose an algorithm for fast and accurate simulation. This method was extended to the case of the two-dimensional crystal by using a moving mesh. We studied the problem of controllability of the system from its discretized model and then from the continuous model. To compensate the uncertainty of the model parameters, we added the second state feedback control to ensure the tracking of the desired CSD in presence of parameter uncertainty. We constructed an observer who provides us with on-line estimation of state variables. These state variables estimated are used in the control law synthesis