Le contexte environnemental et énergétique actuel impose la mise en place de diverses politiques de maîtrise de l'énergie dont l'objectif finale consiste en une utilisation optimale des ressources énergétiques disponibles. Particulièrement en France, le secteur du bâtiment est le plus énergivore et aussi le plus gros gisement d'économie d'énergie et sans doute l'un des plus importants de réduction d'émission des gaz à effet de serre. Face à ce sujet majeur, la cogénération représente une solution de choix pour satisfaire aux besoins énergétiques de ce secteur. C'est dans ce cadre que nous développons, en association avec la société ENS2R, un simulateur numérique de comportement énergétique de système de cogénération couplé à un bâtiment. D'une part, des modèles numériques des différents composants de la plateforme de simulation ont été développés et validés et d'autre part des règles de contrôle-commande ont été élaborées et testées puis l'ensemble a été intégré dans l'environnement Simulink. A l'aide de cet outil d'aide au choix, les simulations dynamiques effectuées ont permis dans un premier temps d'évaluer les performances d'une configuration du système BATIMAC couplé à un bâtiment donné et d'en juger de la satisfaction des occupants par rapport à la stratégie de fonctionnement adoptée, puis des études paramétriques ont conduit à une configuration optimisée de l'installation selon différents régimes de fonctionnement. / The current environmental and energy context requires various policies of energy management whose final objective is a best use of available energy resources. Particularly in France, the building sector is the most energy-consuming and also the largest energy saving deposit and probably one of the largest emission reduction of greenhouse gasses. Deal with this major issue, combined heat and power plant is an excellent solution to meet the energy needs of this sector. It is in this framework that we develop, in association with the ENS2R Company, a numerical simulator of energy behavior CHP plant coupled with a building. First, the numerical models of various components have been developed and validated and secondly control rules have been developed and tested and all were integrated in the Simulink environment. Using this decision support tool, dynamics simulations were performed in a first step to evaluate the performance of one configuration of BATIMAC plant coupled to a building and to judge it the satisfaction of the occupants with regard to the operating strategy adopted then parametric studies led to an optimized configuration of this plant according to different operating modes.

Les oomycètes représentent un groupe d’organismes très diversifiés responsables de diverses maladies d’animaux et de plantes. En agriculture le mildiou de la pomme de terre, causé par un oomycète phytopathogène, occasionne à lui seul des pertes économiques mondiales annuelles de 3 à 5 milliards de dollars américains. La lutte contre le mildiou de la pomme de terre et de la laitue, causés respectivement par, Phytophthora infestans et Bremia lactucae, repose en grande partie sur l’utilisation de fongicides. Cependant, l’apparition de nouvelles souches résistantes au métalaxyl a réduit de manière substantielle l’efficacité des fongicides de synthèse. De plus, les fongicides doivent être appliqués au moment opportun pour être efficaces contre le mildiou. L’approche par modélisation constitue donc une option intéressante pour améliorer la lutte contre les mildious en offrant la possibilité de prédire les périodes à risque et d’améliorer la régie d’application des fongicides. Toutefois, l’évaluation de ces modèles a montré qu’ils manquent de précision et que leur efficacité varie d’une année à l’autre. Ce manque de précision peut s’expliquer en partie par l’absence de considération de la présence ou de l’abondance de l’inoculum aérien. P. infestans et B. lactucae produisent un inoculum adapté à la dispersion aérienne. Cependant, il existe un manque de connaissance notable dans la littérature sur l’aérobiologie de ces deux oomycètes phytopathogènes. Un modèle de simulation dynamique qui intègrerait l’information sur l’aérobiologie de l’agent pathogène permettrait de prédire plus efficacement les périodes de risque d’infection par le mildiou. Ainsi, l’objectif général de ce projet de doctorat était d’améliorer la connaissance sur l’aérobiologie de deux oomycètes (P. infestans et B. lactucae) dans l’optique de mieux comprendre et prédire les périodes d’infection du mildiou de la pomme de terre et de la laitue. Dans un premier temps, la distribution spatiotemporelle des spores à l’échelle d’une région de production de monoculture de pommes de terre a été déterminée. Les résultats ont montré que la distribution des spores est hétérogène et l’efficacité des mesures prophylactiques peut être évaluée à l’aide de l’aire sous la courbe de progression de l’inoculum aérien. De plus, l’information dérivée de l’implantation d’un réseau de capteur permet de pondérer le risque d’infection estimé par les modèles prévisionnels. Dans un deuxième temps, la relation entre la concentration aérienne de spores et l’intensité du mildiou a été établie. Cette relation a permis de définir des seuils d’intervention basés sur la concentration aérienne de spores. Dans le pathosystème de la pomme de terre, le seuil d’intervention varie en fonction des lignées clonales de P. infestans alors que dans celui de la laitue, ce seuil ne tient pas compte des lignées clonales de B. lactucae. Un outil moléculaire pour le comptage des spores a été développé pour pallier aux inconvénients liés à la quantification des spores au microscope. Les résultats de cette étude ont montré, entre autres, que sous conditions climatiques au Canada deux heures de mouillure sont suffisantes pour l’établissement d’une infection par B. lactucae, contrairement aux trois à quatre heures de mouillure proposées dans la littérature. Dans un troisième temps, un modèle de simulation de la concentration aérienne des spores a été développé. La relation entre le nombre de spores observées à l’heure et le nombre de spores prédit à l’heure est linéaire. Dans plus de 94% des cas, les coefficients de détermination de la régression entre le nombre de spores observées et celui prédit sont supérieurs à 0,7. Même si ce modèle est une première dans la littérature publiée et représente une avancée significative dans l’aérobiologie des oomycètes, il est à améliorer notamment dans l’optique de pouvoir développer un modèle générique comme outil de recherche pour l’étude de l’aérobiologie des oomycètes phytopathogènes. En effet, l’étape à venir sera d’incorporer ce modèle comme module dans un système de support décisionnel pour prédire efficacement l’apparition des symptômes de mildiou. Les auteurs espèrent que ce modèle constituera la base pour le développement d’un modèle générique pour tous les oomycètes phytopathogènes à dispersion aérienne.

For robots to operate in real life settings, they must be able to physically interact with the environment, and for instance be able to react to force-guidance interactions. However, only a few research projects have addressed such capabilities, developing prototypes that have to be pushed from their handle bars. AZIMUT-3 is a novel omnidirectional non-holonomic mobile robot developed at IntRoLab (Intelligent, Interactive and Interdisciplinary Robot Lab, Université de Sherbrooke) with force-controlled active steering. This results in a horizontal suspension effect for which the mechanical impedance of the steering actuators can be controlled. This makes the platform ideal for developing physical guidance algorithms. One such algorithm is secured shared-control, making the platform go in the direction of the user pushing the robot while still making it move safely by avoiding obstacles. Such capability is somewhat novel in the field, and the objective is to provide safe navigation with maximum control to the user. This Master's thesis has two important contributions: an algorithm to estimate the applied efforts on AZIMUT-3 from torque measurements on its wheels; an algorithm to use these efforts with obstacle detection using laser range finder data to implement a safe, shared-control approach. Experimental results using the real platform demonstrate feasibility and safe control of the system, with performances similar to using a six degrees of freedom force sensor but at lower cost and with a broader area for shared control. Our implementation also resulted in coupling the simulation environment Webots with the ROS (Robot Operating System) library from Willow Garage, to help develop our approach in simulation before using AZIMUT-3. Overall, our work is the first in demonstrating how it is possible to naturally interact by physically moving or positioning a mobile platform in real life settings, a capability which could be useful for instance in the design of powered shopping carts or active walkers.

Un nouveau concept de stockage inter-saisonnier par absorption de l'énergie solaire pour l'habitat est développé dans cette thèse. Le processus est présenté et décrit. L'étude de la capacité de stockage, du rendement, de la pression de fonctionnement, du besoin de température pour l'énergie solaire, de la température possible pour le chauffage du bâtiment, des critères de sécurité et du coût des matériaux de sept couples d'absorption: CaCl2/H2O, Glycérine/H2O, KOH/H2O, LiBr/H2O, LiCl/H2O, NaOH/H2O et H2O/NH3 est effectuée à l'aide d'une simulation statique. Un prototype de démonstration de la faisabilité de ce concept innovant avec le couple CaCl2/H2O a été conçu, dimensionné et construit. Il est issu d'une optimisation minimisant le nombre de composants du système. Des expérimentations ont été effectuées à différentes conditions de fonctionnement. Les performances thermodynamiques et les différents problèmes du prototype sont analysés. Comme les résultats expérimentaux sont influencés par plusieurs facteurs tels que la présence d'air dans le système (en particulier pour la phase d'absorption), la précision des capteurs et des facteurs humains lors de l'opération, pour une meilleure compréhension du processus, une simulation dynamique est développée. Le fonctionnement optimal du prototype est alors étudié. Une simulation globale annuelle est effectuée afin d'étudier le fonctionnement annuel du système de stockage inter-saisonnier en lien avec un système solaire et un bâtiment. Les modèles du système de stockage, d'un capteur solaire, d'un bâtiment et des conditions météorologiques sont couplés. Les caractéristiques : pressions, températures, masses, fractions massiques, puissances échangées, rendements, capacités de stockage, etc. du système de stockage sont présentés et analysés.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Ce travail de thèse porte sur la simulation interactive du comportement mécanique de corps biologiques. Nous nous sommes intéressés à la modélisation de deux aspects de la mécanique des tissus biologiques: les déformations et les ruptures. Pour aborder la modélisation des déformations, nous nous appuyons sur une étude bibliographique de la mécanique des milieux continus et des modèles déformables développés en informatique. Nous proposons ensuite un modèle volumique du foie humain de type masses-connecteurs. Ce modèle présente un comportement dynamique hétérogène et non-linéaire, conformément à la réalité. L'hétérogénéité du modèle du foie est obtenue en paramétrant la viscosité des connecteurs de façon différente pour ceux de la surface du modèle (capsule de Glisson) et ceux de son intérieur (parenchyme). Son caractère non-linéaire est modélisé par des connecteurs répondant à une loi de comportement polynomiale de degré trois. Le modèle du foie humain peut être manipulé de façon interactive à l'aide d'un dispositif à retour d'efforts. Nous proposons ensuite une approche pour modéliser en temps-réel les changements de topologie, c'est-à-dire la rupture ou la découpe de modèles déformables. Notre méthode permet de borner l'augmentation de la complexité des modèles dont la topologie est modifiée, augmentation qui est due aux opérations de remaillage. Pour cela, au lieu de "détruire" des primitives de simulation ou de les "subdiviser", comme cela est proposé dans la littérature, notre approche les "sépare" les unes des autres. Les algorithmes de changement de topologie proposés et implantés offrent une méthode générique pour simuler la rupture et la découpe de corps surfaciques, de façon interactive.

De nos jours, les outils de CAO contribuent grandement à réduire le coût et le temps de la phase de conception des produits technologiques, donc celle des actionneurs et les capteurs électromagnétiques. Ces travaux de thèse portent sur la considération de différentes problématiques pour réaliser la simulation dynamique de ces dispositifs dans le logiciel RelucTool, un outil de modélisation dédié aux actionneurs et capteurs électromagnétiques via l'approche des réseaux de réluctances. Cet outil, initialement développé lors de la thèse de B. du Peloux était capable de réaliser le calcul et l'optimisation statique. Afin de prendre en compte le fonctionnement dynamique, de nouveaux modèles de matériaux magnétiques et de nouvelles méthodes de résolution sont étudiés et mis en place. L'implémentation de tous ces éléments dans RelucTool est réalisée en suivant une méthodologie spécifique en génie logiciel pour la capitalisation des modèles.

Ce travail de thèse porte sur la simulation interactive du comportement mécanique de corps biologiques. Nous nous sommes intéressés à la modélisation de deux aspects de la mécanique des tissus biologiques : les déformations et les ruptures. Pour aborder la modélisation des déformations, nous nous appuyons sur une étude bibliographique de la mécanique des milieux continus et des modèles déformables développés en informatique. Nous proposons ensuite un modèle volumique du foie humain de type masses-connecteurs. Ce modèle présente un comportement hétérogène et non-linéaire, conformément à la réalité. L'hétérogéneité du modèle du foie est obtenue en paramétrant la viscosité des connecteurs defacon différente pour ceux de la surface de modèle (capsule de Glisson) et ceux de son intérieur (parenchyme). Son caractère non-linéaire est modélisé par des connecteurs répondant à une loi de comportement polynomiale de degrè trois. le modèle du foie humain peut être manipulé de facon interactive à l'aide d'un dispositif à retour d'efforts. Nous proposons ensuite une approche pour modéliser en temps-réel les changements de topologie , c'est à dire la rupture ou la découpe de modèles déformables. Notre méthode permet de borner l'augmentation de la complexité des modèles dont la topologie est modifiée, augme,tation due aux opérations de remaillage. POur cela, au lieu de "détruire" des primitives de simulation ou de les "subdiviser", comme cela est proposé dans la littérature, notre approche les "sépare"les unes des autres. Les algorithmes de changement de topologie proposés et implantés offrent une méthode générique pour simuler la rupture et la découpe de corps surfaciques, de facon interactive.

Depuis quelques années, les exigences des occupants de bâtiments ont sensiblement changé. On observe en effet une demande de confort de plus en plus rigoureux en particulier en période estivale. Cette augmentation des besoins de climatisation induit un accroissement important de la consommation d'énergie électrique dans les bâtiments, dû à une utilisation majoritaire de climatiseurs à compression mécanique de vapeur. Dans ce contexte énergétique difficile, les systèmes de rafraîchissement solaire font partie des alternatives intéressantes aux systèmes de climatisation classiques, dans la mesure où l'énergie primaire est principalement consommée sous forme de chaleur et provenant du soleil donc gratuite. L'autre grand intérêt de ces procédés est que le besoin en rafraîchissement coïncide la plupart du temps avec la disponibilité du rayonnement solaire. La compréhension et le développement de cette technologie passent par une étude expérimentale avec la réalisation d'installations pilotes à échelle réelle dans le but d'acquérir une expérience concrète. C'est dans ce sens que notre laboratoire s'est proposé de mettre en place une plateforme expérimentale d'une puissance frigorifique de 30 kWf chargée de rafraîchir des locaux d'enseignement de l'Institut Universitaire Technologique de Saint Pierre à La Réunion. La première partie de ce manuscrit présente une analyse expérimentale de cette installation. Une seconde approche purement fondamentale a été envisagée avec l'élaboration de modèles numériques permettant de prédire le comportement de l'installation dans son ensemble. Ces modèles numériques décrits sous plusieurs niveaux de finesse, sont validés par les données expérimentales avant d'être utilisés, soit comme outils de pré‐dimensionnement pour les modèles à descriptions simplifiés, soit comme outil d'optimisation et d'analyse pour les modèles détaillés. Le modèle détaillé représentant notre plateforme expérimentale a permis de réaliser une optimisation du fonctionnement de l'installation et de proposer des améliorations pour réduire la consommation d'électricité et augmenter le coefficient de performance électrique global.

Ce travail s'inscrit dans le domaine du diagnostic des systèmes hybrides et est basé sur l'utilisation d'un modèle. Il a pour objectif de diagnostiquer les fautes à partir de la connaissance structurelle, comportementale ou fonctionnelle du système en représentant ces connaissances (modèle du système) séparément de la connaissance sur la tâche de diagnostic. Les systèmes hybrides incluent à la fois des variables continues et discrètes. La dynamique continue est généralement fournie par des équations différentielles et algébriques alors que la partie discrète est modélisée par des automates ou des systèmes à transition. Le formalisme adopté dans ce travail pour modéliser ces systèmes s'appuie sur le modèle " Réseau de Petri Différentiel à Objet " (RdPDO) qui est intégré dans la plate forme de simulation PrODHyS (Process Object Dynamic Hybrid Simulator). Il possède l'avantage de prendre en compte le comportement hybride d'une part, en associant les variables continues aux jetons et d'autre part, en associant un système algébro-différentiel aux places permettant de faire évoluer les variables d'état continues. La méthodologie de diagnostic proposée s'effectue en deux étapes. La première étape consiste à détecter à l'aide d'une classification floue, des fautes qui présentent les mêmes symptômes - à partir d'une connaissance préalable des états de défaillance obtenue par apprentissage - afin de réduire les chemins ou les scénarios à explorer lors de la seconde phase. Cette dernière sert à diagnostiquer la faute parmi celles détectées à l'étape précédente en levant l'ambiguïté. Pour ce faire, deux raisonnements ont été suivis. Le premier, qualifié de raisonnement avant, consiste à former pour chaque faute incriminée, un critère d'écarts entre les mesures effectuées sur le système et celles émanant du modèle avec la faute simulée, sur une fenêtre temporelle et d'isoler ainsi la faute aboutissant au critère le plus faible. Le second raisonnement qualifié de raisonne ment arrière, effectue des calculs similaires mais sur l'évolution temporelle passée du système par une simulation arrière effectuée avec PrODHys, offrant la possibilité supplémentaire par rapport au premier raisonnement de remonter à l'instant de la défaillance. La méthodologie développée est illustrée sur un système hydraulique souvent utilisé comme " benchmark ". Comme nous ne disposons pas d'un système réel, celui-ci est simulé à l'aide d'un modèle de simulation de type RdPDO qui cette fois-ci contient les états de défaillances et des différences (bruits, erreurs de modélisation) par rapport au modèle utilisé pour le diagnostic.