La plupart des simulations interactives ont besoin d'un modèle de détection de collisions. Cette détection nécessite d'une part d'effectuer des requêtes de proximité entre les entités concernées et d'autre part de calculer un comportement à appliquer. Afin d'effectuer ces requêtes, les entités présentes dans une scène sont soit hiérarchisées dans un arbre ou dans un graphe de proximité, soit plongées dans une grille d'enregistrement. Nous présentons un nouveau modèle de détection de collisions s'appuyant sur deux piliers : une représentation de l'environnement par des cartes combinatoires multirésolutions et un suivi en temps réel de particules plongées dans ces cartes. Ce modèle nous permet de représenter des environnements complexes tout en suivant en temps réel les entités évoluant dans cet environnement. Nous présentons des outils d'enregistrement et de maintien de l'enregistrement de particules, d'arêtes et de surfaces dans des cartes combinatoires volumiques multirésolutions. / Most interactive simulations need a collision detection system. First, this system requires the querying of the proximity between the objects and then the computing of the behaviour to be applied. In order to perform these queries, the objects present in a scene are either classified in a tree, in a proximity graph, or embedded inside a registration grid.Our work present a new collision detection model based on two main concepts: representing the environment with a combinatorial multiresolution map, and tracking in real-time particles embedded inside this map. This model allows us to simulate complex environments while following in real-time the entities that are evolving within it.We present our framework used to register and update the registration of particles, edges and surfaces in volumetric combinatorial multiresolution maps. Results have been validated first in 2D with a crowd simulation application and then in 3D, in the medical field, with a percutaneous surgery simulation.

L’objectif de cette thèse est de modéliser en temps réel la propagation d’un incendie dans des ensembles comportant un grand nombre de locaux. Un modèle semi-physique de réseau polydisperse amorphe prenant en compte les connexions à courte et longue distances entre sites, est proposé. Les phénomènes physiques liés au développement du feu dans un local et à sa transmission entre locaux par les parois sont simulés par des lois normales de probabilité. Les durées moyennes de transmission par les parois sont déterminées à l’aide d’un modèle à zones prenant en compte les spécificités du local en feu. Des expérimentations spécifiques dans un caisson en acier, représentatif d’un local de la Marine Nationale, ont permis de valider le modèle à zones. Un exemple détaillé du calcul par le modèle de réseau de la propagation d’un feu dans une maquette de navire à échelle un est ensuite décrit et analysé pour différents scénarios. Une analyse de sensibilité utilisant un plan factoriel complet à deux niveaux permet de hiérarchiser les paramètres du modèle et d’étudier la sensibilité de la solution aux variations de ces paramètres. Une étude statistique est conduite afin d’établir une cartographie du risque incendie à bord du navire. La transmission du feu par les gaines de ventilation est simulée par une loi normale de probabilité où la durée moyenne de transmission est déterminée à l’aide d’un code à champ unidimensionnel. Après avoir validé ce code sur des mesures obtenues par DGA dans une conduite cylindrique différentiellement chauffée, l’influence de ce mode de transmission sur la propagation du feu dans le navire est analysée. / This thesis work is devoted to the development of a semi-physical network model to predict real-time fire spread in polydisperse amorphous massively multi-compartmented spaces. This model takes into account short-range and long-range connections between adjacent and remote network sites. The physical phenomena of fire ignition and flashover, and of fire transmissions through the walls are simulated using time-dependent normal probability distributions. Mean durations of transmission though the walls are determined by a two-zone model which takes into account the fuel load, the room size and the thermal properties of walls. Specific experiments were conducted in a steel room, representative of a naval vessel compartment, in order to validate the zone model. Then a proof of concept is developed by applying the network model to different fire scenarios in a full-scale vessel mockup. A sensitivity analysis using a two-level full factorial design is performed to identify the most influential model parameters and to evaluate the sensitivity of the solution to variations of these parameters. A statistical study is conducted to produce fire risk maps. Finally, a special emphasis is put on the fire transmission by the ventilation ducts. This phenomenon is simulated using a time-dependent normal probability distribution where the mean duration is determined by means of a one-dimensional CFD model. This model is first validated using data obtained by DGA in a differentially heated duct and second, the influence of fire transmission through ventilation duct on its propagation throughout the vessel is investigated.

La Théorie de la Relativité (TRR), est une théorie particulièrement contre-intuitive dont les implications sont inaccessibles à l'expérience sensible humaine ; ce qui pose un certain nombre de difficultés de compréhension aux étudiants. Cependant, la Réalité Virtuelle (RV) offre une approche intéressante en permettant à un utilisateur d'être immergé et d'interagir dans un monde virtuel où la vitesse de la lumière est ramenée à 1 m/s. Les phénomènes relativistes deviennent ainsi directement accessibles par ses sens. Cette caractéristique, point départ de nos travaux, permet alors d’appréhender les phénomènes relativistes par une expérience « par la pratique ». L'enjeu de notre travail porte plus précisément sur la définition de moyens et de méthodes intégrés dans une plate-forme immersive permettant d'appréhender les phénomènes relativistes. Dans ce contexte, nous proposons, tout d’abord, des méthodes novatrices pour simuler les phénomènes relativistes sur un nombre quelconque d'objets en mouvement arbitraire et tenant compte de la dynamique relativiste des objets dans la scène, notamment durant leurs interactions. Nous nous focalisons sur les effets qui déforment les objets vus par l'observateur, à savoir le délai de propagation des photons, la relativité des longueurs et l'effet d'aberration. Nous définissons ensuite des méthodes pour intégrer une simulation relativiste dans un environnement immersif basé intrinsèquement sur un monde newtonien. Nous proposons également une plate-forme expérimentale dans laquelle sont intégrées des méthodes d'interaction utilisées pour mettre en scène un « jeu sérieux », ici un billard relativiste. Enfin, nous démontrons la portée de notre outil expérimental par deux voies : l'une concerne l'utilisation de l'application dans des évaluations de didactique et l'autre concerne un exemple d'extension de l'outil pour mettre en lumière un autre aspect de la Physique relativiste : la relation entre vitesse et énergie. / The Theory of Special Relativity (TSR) is a particularly counterintuitive theory. Its implications are, by nature, out of reach by human experience. Therefore we cannot perceive its effects directly, thus raising problems of comprehension for the students confronted to it. However, Virtual Reality (VR) enables us to overcome this limitation by immersing a user into a world where the velocity of light is reduced to 1 m/s. As a result, the relativistic phenomena become directly perceivable through our senses. This possibility, which is the cornerstone of our work, brings a unique way to apprehend the relativistic phenomenon trough a "hands-on" experiment.In this context, we propose, first, innovative methods to include relativistic effects in simulation containing any number of objects moving in an arbitrary direction and velocity and taking into account the relativistic dynamics of the objects, including object-to-object interaction. We focused on the relativistic phenomenon involved in the deformation of objects: the delay of propagation of the photons from the light source to the observer, as well as the relativity of length and the aberration of light. We describe, second, methods to integrate the simulation techniques, previously introduced, into an immersive environment intrinsically based on Newtonian physics. We also provide interaction methods and a concrete application in a serious game framework: a relativistic carom billiard. Finally, we demonstrate the possibilities of our platform are demonstrated in two ways: one tackles usage in the context of learning evaluation and the other is an extension of the tool to access new pieces of information relevant to TSR, such as the force profile used to launch an object with a relativistic velocity.

La validation des systèmes Mécatroniques tels que la supervision d'une chaînede traction hybride utilise de plus en plus la simulation Hardware-in-the-Loop. Cela consiste à interconnecter des composants réels du système et des composantssimulés. On parle alors de simulation temps réel car les composants simulés doivent avoir le même comportement temporel que les réels. En d'autres termes, la simulation temps réel d'un modèle nécessite le maillage de l'évolution du temps simulé sur celle du temps réel. Sur les outils existants, l'intégration de modèles physiques représentatifs se heurte à des modèles de calculs et des contraintes temporelles pessimistes. Cette thèse propose des solutions, analytiques ou tirées d'expérimentations au sein d'IFP Energies nouvelles, pour l'implantation adéquate de la simulation temps réel de modèles physiques. Des métriques ont été introduites pourqualifier et quantifier la validité d'une simulation temps réel. Une définition des contraintes temporelles propres à la simulation temps réel a été proposée, accompagnée des règles régissant leur propagation aux calculs sous-jacents. Ces méthodes ont ensuite été déclinées en étude d'ordonnançabilité pour deux systèmes au comportement pseudo périodique : un simulateur de moteur à combustion et un contrôle moteur. Des expérimentations sur la simulation temps réel distribuée d'un moteur, intégrant des modèles phénoménologiques de combustion, ont permis de justifier et de validerles méthodes proposées. Les dégradations dues à la simulation distribuée ont été corrigées par un mécanisme d'extrapolation paramétrable dont le coût d'exécution a été étudié / Validation of Mechatronics systems such as hybrid automotive powertrains isincreasingly relying on Harware-in-the-Loop simulation. It consists in interconnecting real components to the real-time simulation of physical models, involving their timely behavior to match their real counterpart. In other words, the evolution of simulated and real time have to be meshed together. Involving representative physical models is currently hindered by both pessimistic models of computation and temporal constraints.This thesis proposes several analytical and experimental answers, carried out at IFP Energies nouvelles, toward the proper implantation of real-time simulation of physical models. Several metrics able to qualify and quantify the success of real-time simulation were proposed, as well as the definition of its dedicated timed constraints, along with the rules for their propagation toward the underlying computations involved.Then, we showed how to take advantage of the pseudo periodic behavior of two systems to reach better schedulability bounds for the real-time simulation of : a combustion engine and an engine control. The methods discussed were then accounted for and validated by several experiments, involving the distributed real-time simulation of an engine including phenomenological combustion models. Also, the perturbations induced by the distributed simulation were addressed by proposing a configurable extrapolation mechanism, taking into account its execution time

Cette thèse traite de modélisation des systèmes complexes. Dans ce cadre, l'approche est basée sur les Modèles Structurés en Second Ordre (MSSO). Afin d'utiliser cette classe de modèles, les propriétés telles que l'atteignabilité, l'observabilité et les grammiens, bien connues pour les réalisations d'états, sont étendues aux MSSO.Lors de la co-simulation d'un système, des éléments de natures différentes (physiques et logicielles) sont intégrés et la simulation est effectuée en temps réel. Or, les modèles d'ordre élevés sont couteux en temps de calcul, ce qui rend difficile ce type de simulation. Ainsi, des méthodes de réduction de modèle sont explorées. En particulier, de nouvelles méthodes, permettant de préserver la structure des modèles avec une bonne erreur d'approximation sont présentées.Ces développements sont appliqués à la co-simulation de modèles véhicules sous forme de MSSO. Le modèle créé est un modèle par blocs, complexe et non-linéaire. Afin d'appliquer les méthodes de réduction de modèle il est nécessaire de le linéariser. La structure par blocs permet de linéariser l'ensemble du modèle ou de ne linéariser que certaines sous parties du modèle.Ensuite, l'identification des paramètres est effectuée pour chaque sous-systèmes du véhicule. Une méthode d'interconnexion est ensuite proposée pour créer une représentation monobloc du modèle afin de réduire ce dernier. Au final, des essais en co-simulation de la partie arrière du véhicule sous forme de modèle interconnectée avec la partie avant du véhicule physiquement présente sur un banc de test, valide notre approche pour effectuer de la co-simulation temps réel avec matériel.x / This thesis studies the modeling of complex systems. In this framework, the approach is based on Second Order Form Model (SOFM). In order to use this kind of models, properties such as the reachability, the observability, the gramians and the Markov parameters, well known for state-space representation, are extended to the SOFM. During the co-simulation of a system, its physical parts are interconnected to models which simulate the system environement and the simulation is performed in real time. However, the simulation of high order models consumes to much time to be performed in real time. Therefore, model order reduction methods are studied. Particularly, new methods preserving SOFM structure with a good approximation error are presented. These developments are applied to the vehicle dynamic. Hence, a vehicle SOFM model is developed. The created model is a blockwise model where each blocks describes a part of the vehicle. This model is complex and non-linear. In order to apply the model order reduction methods, model linearisation is necessary. The block modeling allows to linearise the full model or allows to linearise some part of the model. Then, the identification of the model parameters is done by vehicle sub-system. In addition, an interconnection method is proposed to build a monobloc model in order to reduce it. Finally, co-simulations of the model vehicle rear part interconnected to the physical front part of the vehicle show the capacity to make co-simulation with the reduced models.

L’intégration des énergies renouvelables a conduit à introduire la notion d’utilisation locale de ces nouvelles sources de production. Nous pouvons définir le paradigme de microréseau comme une agrégation de plusieurs sources d'énergie distribuée qui peuvent alimenter leurs charges locales. Ces microréseaux peuvent être îlotables pour garantir la continuité de service et l’alimentation des charges. Pour assurer la fiabilité du réseau, une stratégie de protection des générateurs et du microréseau lui-même a été proposée. Dans ce mémoire, les points communs et les différences entre les générateurs classiques et les générateurs connectés au réseau à l’aide de convertisseur d’ d’électronique de puissance sont présentés. Ensuite, nous présentons la conception d’une source de tension à base d’une micro-turbine à gaz comme source d’énergie primaire contrôlable. Nous étudions les possibilités pour le générateur de demeurer connecté dans les conditions du creux de tension (fault-ride-through) tout en étant protégé contre les surintensités. Nous avons proposé deux solutions différentes permettant de limiter ces courants du générateur. De plus, pour assurer la continuité d’alimentation des charges en deux modes de fonctionnement, nous avons intégré un détecteur de l’ilotage basé sur le relais ROCOF dans le système de commande du générateur. Une validation expérimentale pour ces travaux a été réalisée en utilisant la simulation temps réel PHIL. Finalement, un plan de protection coordonnée valide dans les deux modes de fonctionnement et avec les différents types de source est présenté. Cette stratégie a été testée sur un exemple de microréseau simulé sur le simulateur temps réel / The integration of renewable energy has led to introduce the concept of local use of these new production sources. We can define the Microgrid paradigm as an aggregation of several distributed power sources that can supply their local charges. These microgrids may be islanded to ensure the continuity for supplying the loads in both operation modes. To provide the reliability of the network, a strategy to protect the generators and the Microgrid itself has been proposed. In this thesis, the similarities and differences between conventional generators and the generators connected to the network using the power electronics converter are firstly presented. Then, we present the design of a voltage source connected by a power electronic converter and LC filter, based on gas micro-turbine as the controllable primary energy source. We study the possibilities for the generator to remain connected in case of voltage sags (fault-ride-through) while being protected against the overcurrents. We have proposed two different solutions to limit these generator currents. In addition, to ensure continuity of supply the loads in two operation modes, we integrated an islanding detector based on the ROCOF (Rate Of Change Of Frequency) relay in the control system. An experimental validation for this work was realized using PHIL (Power Hardware in the Loop) real-time simulation. Finally, a coordinated protection plan valid in both operation modes and with different types of sources was presented. This strategy was tested on a simulated example of microgrid on real-time simulator

Dans le domaine des réseaux de distribution d'électricité, l'ouverture du marché de l'énergie à la concurrence et l'insertion massive des génératrices décentralisées d'énergie de ces dernières années conduisent à une profonde modification du fonctionnement et de l'exploitation des réseaux. Dans ce contexte, des solutions de pilotage de la consommation et de la production doivent être apportées, afin de permettre au réseau actuel d'accueillir les nouvelles unités de production et les charges de demain, telles que les panneaux photovoltaïques, les micro-éoliennes, la cogénération, les véhicules électriques, les maisons intelligentes, etc. Ces pilotages permettent d'influencer la consommation et la production instantanées des utilisateurs du réseau. Ainsi, il devient possible d'agir sur la consommation de façon à lisser les pics ou synchroniser la demande aux périodes de forte production des énergies renouvelables. De la même façon, la production peut être pilotée pour participer aux services systèmes. Ces stratégies de pilotage, basées sur l'utilisation des nouvelles technologies de l'information et de la communication, ont pour objectifs d'éviter une dégradation de la qualité de l'onde de tension et une reconstruction complète du réseau de distribution, qui serait économiquement très couteuse. Ces travaux, intégrés au projet GreenLys, financé par l'agence française de l'environnement et de la maitrise de l'énergie, évaluent l'impact des génératrices décentralisées d'énergie et des véhicules électriques sur le réseau de distribution, puis développent des solutions de pilotage. Deux types de pilotage sont étudiés : le pilotage de la phase de raccordement d'une installation monophasée, puis le pilotage de la puissance réactive des génératrices décentralisées d'énergie. Ces pilotages sont développés en s'appuyant sur les nouveaux composants des réseaux électriques de demain, comme les compteurs intelligents. Dans une dernière partie, les stratégies de pilotage développées sont évaluées sur des équipements réels à partir d'une plateforme de simulation hybride temps réel. / In the electricity distribution network field, because of the electricity market opening and the large-scale insertion of dispersed generators (DJ) in these last years, the network undergoes radical modification in both operation and exploitation. In this context, some new integration solutions are invented in order to be able to connect the DJ, as photo-voltaic panels, micro wind turbines, cogeneration units, etc, and the new loads, as electric vehicles and smart home, without reduce the voltage wave quality or involve a very expensive power systems reinforcement. The objectives of those solutions are to influence the consumer consumption in order to reduce the peak consumption level and shift the consumption on the high renewable production period, and control the DJ output to participate to the service system. The new information and communication technologies (NICT) are strongly used in the development of those control strategies. This PhD work is including in the French project GreenLys supported by the French environment and energy management agency. GreenLys is a 4 years project focus on the development of a real scale Smart Grid in the two French cities Lyon and Grenoble. As a first step, this work evaluating the impact of the DJ and the electric vehicle on the distribution network. From the result of this impact study, two types of decentralized control strategies are investigated. The first one is focus on the phase connection. Since the majority of consumers and DJ connected on the distribution grid are single phases, methods allowing to choose the best phase connection are study. The second one is focus on new DJ reactive power control strategies. In the last part, the strategies are evaluated on a Power Hardware In the Loop simulation and real solar inverter.

La notion d'instrumentalité peut être définie comme la relation corporelle entre un humain et un objet physique, dit instrument. Ce corps à corps intime, qui adresse simultanément les différents canaux sensoriels d'action et de perceptions humaines, constitue un vecteur pour la connaissance enactive. Cette relation instrumentale joue notamment un rôle clé pour la richesse expressive des instruments musicaux.Dans le contexte informatique, un vaste champ de recherche concerne l'interaction sensorielle avec des entités virtuelles par le biais de capteurs et d'actionneurs, notamment l'interaction gestuelle avec les systèmes à retour d'effort. D'une part, les Réalités Virtuelles, historiquement centrées sur la visualisation, focalisent essentiellement l'interaction gestuelle sur des propriétés spatiales, souvent au détriment de qualités dynamiques. D'autre part, les Instruments Musicaux Numériques sont essentiellement centrés sur le contrôle interactif de processus de synthèse sonore numériques, basés sur le traitement de l'information. Ces deux scénarii synthétisent des phénomènes sensoriels destinés à différents canaux perceptifs selon une approche multimodale, l'objet virtuel étant décomposé en sous-parties, liées entre elles par des relations de contrôle.Il est néanmoins possible de concevoir des systèmes permettant l'interaction instrumentale avec un objet virtuel simulé, avec une cohérence énergétique bidirectionnelle totale, du geste au son et réciproquement. Il est alors nécessaire de regrouper (a) un formalisme de modélisation physique permettant la création d'objets virtuels intrinsèquement multisensoriels, possédant à la fois des propriétés visuelles, acoustiques et haptiques, (b) des systèmes à retour d'effort de grande performance dynamique et (c) des architectures de calcul spécialisées, permettant une boucle de simulation synchrone réactive à haute vitesse.Le travail de cette thèse consiste en l'extension et la convergence des concepts et techniques ci-dessus pour la mise en œuvre d'une plateforme de création musicale instrumentale, dite MSCI (modeleur-simulateur pour la création instrumentale), en proposant une répartition multifréquence du calcul de simulation des instruments virtuels sur une nouvelle architecture matérielle synchrone. Un environnement de modélisation permet de concevoir intégralement l'instrument virtuel sur des principes mécaniques et physiques et de configurer le couplage physique entre celui-ci et l'utilisateur du monde réel lors de la simulation à retour d'effort.Il adresse entre autre la question de la répartition de la chaine instrumentale en zones à caractère majoritairement non-vibrant, dont la dynamique est de l'ordre du geste sensori-moteur humain, et en zones vibrantes, productrices du son. Ces deux parties de l'instrument peuvent être simulées à des fréquences différentes, adaptées aux phénomènes physiques dont elles sont le siège. Dans le cadre d'un formalisme de simulation physique garantissant la cohérence énergétique des objets simulés, la séparation multifréquence est une problématique nouvelle qui nécessite d'être abordée avec précaution, pour des questions de respect du couplage physique ainsi que de stabilité numérique.Il s'agit, à notre connaissance, du premier environnement de création musicale par modélisation physique modulaire permettant la manipulation instrumentale d'instruments virtuels multisensoriels, respectant une cohérence énergétique entre homme et instrument, et permettant de jouir du potentiel créatif de la synthèse sonore tout en retrouvant l'intimité et la richesse de l'interaction gestuelle instrumentale. Au delà du cadre musical, ce travail pose les bases et les outils technologiques pour un véritable art multisensoriel, adressant conjointement la vision, l'oreille ainsi que le geste humain. / The notion of instrumentality can be defined as the corporal relationship between a human and a physical object, called an instrument. This intimate situation simultaneously addresses the various human action and perception sensory canals, and constitutes a vector for enactive knowledge. In particular, this instrumental relationship plays a key role in the expressiveness of musical instruments.In the digital context, a vast area of research concerns sensory interactions with virtual entities, by means of sensors and actuators, including gestural interaction with force feedback systems. On the one hand the Virtual Reality domain, historically focused on visual aspects, generally focus gestural interaction on spatial features, often losing the focus of dynamic features. On the other hand, Digital Musical Instruments are essentially centered on interactive control of digital sound synthesis processes, grounded in information technologies and signal processing. These two approaches synthesize sensory phenomena destined to different perceptive channels following a multimodal approach, the virtual object being decomposed into subsections, linked together by control relations.It is however possible to conceive systems that allow for instrumental interaction with a virtual simulated object, maintaining total and bidirectional energetic coherence, from gesture to sound and reciprocally. In this case, it is necessary to bring together (a) a physical modeling formalism that allows creating intrinsically multisensory virtual objects that possess visual, acoustical and haptic properties, (b) force feedback systems with high dynamic performances and (c) specialized computation architectures that allow for a reactive, high rate synchronous simulation loop.The work of this thesis consists in the extension and convergence of concepts and techniques hereby mentioned here-above, in order to create a platform for instrumental musical creation, named MSCI (Modeleur Simulateur pour la Création Instrumentale), proposing a multi-rate architecture for the simulation of virtual musical instruments on a new dedicated simulation architecture. A modeling environment allows complete design of the virtual instrument based on mechanical and physical principles, and to configure the haptic coupling between this instrument and the user during the force-feedback simulation.Notably, it addresses the separation of the instrumental chain into zones which present mostly non-vibrating phenomena within a dynamic range close to the human sensory-motor gesture, and zones which vibrate at acoustical rates, producing sound. These two sections of the instrument may be simulated at different rates, adapted to the physical phenomena that they give birth to. In the scope of a physical modeling formalism that guarantees the energetic coherence of simulated objects, this multi-rate separation is a new topic that requires careful handling, in terms both or respect of the physical coupling and of numerical stability.To our knowledge, this is the first environment for musical creation by means of physical modeling that allows for instrumental manipulation of multisensory virtual instruments, respecting an energetic coherence between the human and the instrument, and therefore allowing embracing the creative potential of digital sound synthesis while disposing of the intimacy and expressiveness of instrumental gestures. Beyond the musical scope, this work provides the basis and the technological tools for the emergence of a true multisensory form of art, jointly addressing vision, hearing and gesture.

Les îles Galápagos sont un archipel d'îles volcaniques situées dans l'océan Pacifique, à 926 km à l'ouest de l'Equateur continental, dont elles font partie. Depuis 1978, les îles Galápagos sont déclarées patrimoine mondial. En raison de la croissance de la population, il existe plusieurs problèmes sociaux, économiques et environnementaux qui risquent la conservation de l'environnement des îles. Dans ce contexte, le gouvernement équatorien veut préserver son patrimoine écologique. Par conséquence, avec la participation de divers acteurs, principalement le ministère de l'Énergie et des Énergies renouvelables, il effectue plusieurs initiatives. Afin d'améliorer les services fournis sur les îles, cet objectif sera accompli grâce à la réduction de la consommation de carburants fossiles et donc des émissions de CO2. Donc, cette thèse a analysé l'impact des nouveaux services sur le réseau électrique, comme le remplacement obligatoire des véhicules conventionnels et des cuisinières pour des solutions efficaces et la proposition des solutions pour réduire les problèmes négatifs sur le réseau. En outre, une forte intégration de la génération distribuée a été considérée dans l'analyse. De plus, des solutions innovantes pour basse et moyenne tension ont été conçues et testées afin d’améliorer le service électrique sans affecter l'environnement et conserver ce patrimoine mondial. Par exemple, un programme DSM intelligent composé d'un schéma de temps d'utilisation (TOU) combiné avec la réponse de la demande (DR) a montré des résultats intéressants, l'installation d'un système de stockage d'énergie de batterie a également été testée, et les résultats de moyenne tension sont prometteurs. Un système de commutation automatique de phase a été adapté comme une solution pour réduire le déséquilibre en basse tension avec des résultats impressionnants. Le déploiement des réenclencheurs a démontré une amélioration considérable de la fiabilité avec un retour d’investissement très court. Considérant les technologies de l'information et de la communication, une pièce clé pour déployer Smart Grids, l'architecture de communication des réseaux de NAN/FAN/HAN a été abordée. Enfin, un Système de Gestion d’Energie pour la gestion optimale de l'énergie à Galápagos a été conçu. Toutes ces études représentent un défi important : la gestion optimale de l'électricité de réseau isolée sans énergie fossile. / The Galápagos Islands are an archipelago of volcanic islands located in the Pacific Ocean, 926 km west of continental Ecuador, of which they are a part. Since 1978, Galapagos Islands are accepted as Heritage World, due to the growth of the population, there are several social, economic and environmental problems, which endanger the environment conservation of the Islands.In this context, the Ecuadorian government desires to preserve its ecological heritage. Hence, with the participation of several stakeholders mainly the Ministry of Energy and Renewable Energy, it is releasing a lot of initiatives. In order to improve the general services that are provided in the islands, this goal will be achieved by means of reducing fossil fuel consumption and therefore CO2 emissions. Thus, this thesis has analyzed the impact of new services on the grid such as the mandatory replacement of conventional vehicles and cookers for efficient ones and to propose solutions for reducing negative issues originated on the network. Also, a strong integration of distributed generation is considered in the analysis.In addition, innovative solutions for both low and medium voltage have been designed and tested for improving the electrical service without affecting the environment and conserving this world heritage. For instance, a smart DSM program composed of Time of Use scheme combined with Demand Response has shown interesting results, the installation of a Battery Energy Storage System has been studied as well; the results in Medium Voltage are promising. An Automatic Phase Switching system is adapted like a solution for reducing unbalance in low voltage with impressive results. The deployment of reclosers has demonstrated a considerable improvement in the reliability with a Return on Investment very short.Considering the Information and Communication Technologies a key piece to deploy Smart Grids, the communication architecture of the Neighbor, Field and Home Area Networks is addressed. As last, an Energy Management System for performing optimal energy management within Galapagos is designed. All these studies have a significant challenge: the optimal management of electricity of isolated grid with zero fossil energy.

La simulation de systèmes d'énergie est un outil important pour la conception, le développement et l'évaluation de nouvelles architectures et des contrôles grille dans le concept de réseau intelligent pour les dernières décennies. Cet outil a évolué pour répondre aux questions proposées par les chercheurs et les ingénieurs dans les applications de l'industrie, et pour offrant des différentes alternatives pour couvrir plusieurs scénarios réalistes.Aujourd'hui, en raison des progrès récents dans le matériel informatique, la Simulation numérique en temps réel (DRTS) est utilisée pour concevoir des systèmes de puissance, afin de soutenir les décisions prises dans les systèmes de gestion de l'énergie automatisés (SME) et de réduire le délai de commercialisation de produits, entre des autres applications.Les simulations de réseaux électriques peuvent être classées dans les catégories suivantes: (1) la simulation analogique (2) hors simulation de ligne (3) de simulation entièrement numérique (4) la simulation rapide (5) Contrôleur Hardware-In-the-Loop (CHIL) et (6) Puissance Hardware-In-the-Loop (PHIL).Les dernière 3 sont axés sur la simulation Real-Time hardware-in-the-Loop (HIL RT-). Ces catégories portent sur les questions liées à Transitoires électromagnétiques (liste EMT), la simulation de phaseurs ou mixte (phaseur et EMT). Comme mentionné ci-dessus, ces progrès sont possibles en raison de l'évolution des architectures informatiques (matériels et logiciels); Cependant, pour le cas particulier de l'analyse des flux de puissance des réseaux de distribution (DS), il y a encore des défis à résoudre.Les architectures informatiques actuelles sont composées de plusieurs noyaux, laissant derrière lui le paradigme de la programmation séquentielle et conduisant les développeurs de systèmes numériques pour examiner des concepts comme le parallélisme, la concurrence et les événements asynchrones. D'autre part, les méthodes pour résoudre le flux de puissance dynamique des systèmes de distribution considérer le système comme un seul bloc; ainsi, ils utilisent une seule base pour l'analyse des flux de puissance, indépendamment de l'existence de plusieurs cœurs disponibles pour améliorer les performances de la simulation.Répartis dans des procédés en phase et de la séquence, ces procédés ont en caractéristiques communes telles que l'examen d'une seule matrice creuse pour décrire les DS et qu'ils peuvent résoudre simultanément une seule fréquence.Ces caractéristiques font dès les méthodes mentionné sont pas appropriées pour le traitement avec multiple noyaux. En conséquence, les architectures informatiques actuelles sont sous-utilisés, et dégrade la performance des simulateurs lors de la manipulation de grandes DS échelle, changer DS topologie et y compris les modèles avancés, entre autres des activités de la vie réelle.Pour relever ces défis Cette thèse propose une approche appelée A-Diakoptics, qui combine la puissance de Diakoptics et le modèle de l'acteur; le but est de faire toute méthode classique d'analyse de flux d'énergie appropriée pour le traitement multithread. En conséquence, la nature et la complexité du système d'alimentation peuvent être modélisées sans affecter le temps de calcul, même si plusieurs parties du système d'alimentation fonctionnent à une fréquence de base différente comme dans le cas de micro-réseaux à courant continu. Par conséquent, l'analyse des flux de charge dynamique de DS peut être effectuée pour couvrir les besoins de simulation différents tels que la simulation hors ligne, simulation rapide, CHIL et PHIL. Cette méthode est une stratégie avancée pour simuler les systèmes de distribution à grande échelle dans des conditions déséquilibrées; couvrant les besoins de base pour la mise en œuvre d'applications de réseaux intelligents. / Simulation of power systems is an important tool for designing, developing and assessment of new grid architectures and controls within the smart grid concept for the last decades. This tool has evolved for answering the questions proposed by academic researchers and engineers in industry applications; providing different alternatives for covering several realistic scenarios. Nowadays, due to the recent advances in computing hardware, Digital Real-Time Simulation (DRTS) is used to design power systems, to support decisions made in automated Energy Management Systems (EMS) and to reduce the Time to Market of products, among other applications.Power system simulations can be classified in the following categories: (1) Analog simulation (2) off line simulation (3) Fully digital simulation (4) Fast simulation (5) Controller Hardware-In-the-Loop (CHIL) simulation and (6) Power Hardware-In-the-Loop (PHIL) simulation. The latest 3 are focused on Real-Time Hardware-In-the-Loop (RT-HIL) simulation. These categories cover issues related to Electromagnetic Transients (EMT), phasor simulation or mixed (phasor and EMT). As mentioned above, these advances are possible due to the evolution of computing architectures (hardware and software); however, for the particular case of power flow analysis of Distribution Systems (DS) there are still challenges to be solved.The current computing architectures are composed by several cores, leaving behind the paradigm of the sequential programing and leading the digital system developers to consider concepts such as parallelism, concurrency and asynchronous events. On the other hand, the methods for solving the dynamic power flow of distribution systems consider the system as a single block; thus they only use a single core for power flow analysis, regardless of the existence of multiple cores available for improving the simulation performance.Divided into phase and sequence frame methods, these methods have in common features such as considering a single sparse matrix for describing the DS and that they can solve a single frequency simultaneously. These features make of the mentioned methods non-suitable for multithread processing. As a consequence, current computer architectures are sub-used, affecting simulator's performance when handling large scale DS, changing DS topology and including advanced models, among others real life activities.To address these challenges this thesis proposes an approach called A-Diakoptics, which combines the power of Diakoptics and the Actor model; the aim is to make any conventional power flow analysis method suitable for multithread processing. As a result, the nature and complexity of the power system can be modeled without affecting the computing time, even if several parts of the power system operate at different base frequency as in the case of DC microgrids. Therefore, the dynamic load flow analysis of DS can be performed for covering different simulation needs such as off-line simulation, fast simulation, CHIL and PHIL. This method is an advanced strategy for simulating large-scale distribution systems in unbalanced conditions; covering the basic needs for the implementation of smart grid applications.