Le bâtiment est un noeud énergétique important et un support idéal pour développer etanalyser les effets d’un système de gestion optimisée d’énergie (SGEB) tant son impactpotentiel sur la demande énergétique globale est important. Cependant, pour que ces objectifssoient atteints, plusieurs verrous doivent être levés. Au-delà des problématiques liées àl’architecture de distribution, aux modèles (y compris ceux relatifs au comportement desusagers), aux outils de dimensionnement, à la formalisation des paramètres, contraintes etcritères, aux systèmes de production et aux modes de connexions au réseau de distribution, lesproblèmes liés à la mise en oeuvre d’un outil de gestion décentralisée et à sa validation sontcentraux centrale. Ces travaux s’inscrivent directement dans cette optique. Ils portent enparticulier sur l’élaboration de modèles énergétiques, de stratégies de gestion d’énergie dansune configuration multi-sources et multi-charges et surtout de mise en oeuvre de méthodes etd’outils de validation au travers de bancs tests variés où certains composants peuvent êtreréels.Ce travail analyse le gestionnaire énergétique « G-homeTech » comprenant plusieursfonctionnalités de gestion testées sur des bancs d’essai virtuels et hybrides qui permettent decombiner à la fois des composants matériels et logiciels dans les simulations. Cela a permisd'insérer des actionneurs communicants pour tester leur pertinence. Les validations menéesmontrent que le gestionnaire énergétique permet l'effacement de pointes de consommation etdes économies sur la facture énergétique globale tout en respectant les contraintes techniqueset réglementaires.Les évènements prédits ne sont pas toujours ceux qui se produisent. Nous avons alorssimulé de telles situations. La radiation solaire et la consommation totale des services noncontrôlables sont différentes de celles prédites. Cette différence a conduit à des dépassementsde puissance électrique souscrite qui a activé le mécanisme de gestion réactive du gestionnaireénergétique. Des ordres de délestage sont alors dynamiquement envoyés à certainséquipements. Ces ordres alimentent directement les modèles des équipements électriques.Selon les importances relatives données au coût et au confort, nous avons montré que legestionnaire énergétique permet de faire des économies substantielles en évitant lesconsommations durant les pics de prix et évitant les dépassements de souscription pareffacement, par modulation du fonctionnement des systèmes de chauffage et par décalage defonctionnement des services temporaires dans les périodes plus intéressante énergétiquement. / The building is an important energy node and an ideal support to develop and analyzethe effects of an Energy Management System (EMS). Because of its potential impact, such amanagement of global energy demand is important. However, to achieve these goals, severallocks must be removed. Beyond issues related to the distribution architecture, to models(including those relating to user behavior), sizing tools, the formalization of parameters,constraints and criteria, production systems and methods of connection to the grid, problemrelated to implementation of decentralized management tool and its validation are central. Mywork is part of this context. It focuses in particular on the development of energy models,strategies for energy management in a multi-source and multi-load configuration, andespecially, the implementation methods and the validation tools through various test bencheswhere some components are real.This paper analyzes the energy manager “G-homeTech” including several managementfeatures tested on virtual and hybrid test benches that combine both hardware and softwarecomponents in the simulations. This has put communicating actuators to test their relevance.The validations show that the energy manager allows the deletion of peak demand andsavings on the overall energy bill while respecting the technical and regulatory constraints.Predicted events are not always those that occur. We then simulated such situations.Solar radiation and the total consumption of uncontrollable services are different from thosepredicted. This difference has led to over-subscribed electric power which has enabled themanagement mechanism of reactive energy manager. Load shedding orders are thendynamically sent to certain equipement. These orders directly supply models of electricalequipment.According to the relative importance given to cost and comfort, we have shown that theenergy manager can make substantial savings avoiding consumption during price peaks andavoiding over-subscription by erasure, by modulation of heating system operation and byshefting the timed service operation in the most interesting periods in energy.

L'utilisation de systèmes de stockage de l'énergie électrique tels que les batteries nécessite l'assemblage de plusieurs cellules. Comme chacune de ces dernières peut avoir des caractéristiques légèrement différentes ainsi que des conditions d'environnement thermique ou de vieillissement distinctes, l'utilisation d'un système d'équilibrage permettant une bonne gestion de la répartition de l'énergie au sein des éléments qui composent le pack est nécessaire. Les travaux de recherche présentés se rapportent à l'étude et à la conception d'un tel circuit d'équilibrage à base de convertisseurs d'énergie intégrables ainsi qu'aux sollicitations électriques engendrées dans les cellules lors de son utilisation. / To store electrical energy in batteries, the use of multiple cells is needed. Since each of these cells can have slightly different characteristics and also different thermal or aging environmental conditions, a balancing system is required to manage the energy inside the battery pack. The researches described in this document show the study and the design of such a balancing system based on power electronics converters and also the impact of these systems on the electrochemical cells.

La maintenance de flottes de systèmes mobiles dans le monde du transport et de la logistique revêt de nos jours une importance croissante de par l’augmentation des attentes des exploitants et opérateurs en termes de sécurité, de fiabilité, de suivi, de diagnostic et de maintenance de ces systèmes. Dans ce contexte, Les mainteneurs des flottes doivent souvent faire face à d'énormes quantités de données brutes, informations et événements de surveillance liés aux contexte de leurs systèmes. De plus, ces événements, données et informations manquent souvent de précision et sont souvent contradictoires ou obsolètes. Enfin, le degré d'urgence des décisions de maintenance est rarement pris en compte. Ce travail est consacré à la proposition et à la mise au point d’une architecture de surveillance pour l’aide à la maintenance d’une flotte de systèmes mobiles. Cette architecture, appelée EMH², est destinée à faciliter le diagnostic et le suivi de ce type de flotte. Elle est construite sur les principes holoniques, des plus bas (capteurs) aux plus hauts niveaux (ensemble d’une flotte de systèmes mobiles). Elle se base également sur une standardisation des événements traités afin de traiter les données de manière générique. Cette architecture, indépendante des types de systèmes surveillés et de leur niveau hiérarchique, peut devenir l'épine dorsale d’une stratégie efficace de maintenance proactive d’une flotte. Une méthodologie de déploiement est ainsi proposée. Une étude en simulation et une application sur une flotte de 10 trains actuellement en service est présentée. / The maintenance of mobile systems fleets in the world of transport and logistics is of increasing importance today due to the increasing expectations of operators in terms of safety, reliability, monitoring, diagnosis and maintenance of these systems. In this context, fleet maintainers often have to deal with huge amounts of raw data, information and monitoring events related to the context of their systems. Moreover, these events, data and information are often lack precision and often contradictory or obsolete. Finally, the urgency of maintenance decisions is rarely taken into account. This work is devoted to the proposal and the development of a monitoring architecture to help maintain a fleet of mobile systems. This architecture, called EMH², is intended to facilitate the diagnosis and monitoring of this type of fleet. It is built on holonic principles, from the lowest (sensors) to the highest levels (a whole fleet of mobile systems). It is also based on a standardization of processed events in order to process the data generically. This architecture, independent of the types of systems monitored and their hierarchical level, can become the backbone of an effective strategy for proactive fleet maintenance. A deployment methodology is thus proposed. A simulation study and an application on a fleet of 10 trains currently in service is presented.

Nous étudions dans cette thèse la gestion des incertitudes au sein des systèmes à base de règles métier orientés objet (Object-Oriented Business Rules Management Systems ou OO-BRMS) et nous nous intersessions à des approches probabilistes. Afin de faciliter la modélisation des distributions de probabilités dans ces systèmes, nous proposons d'utiliser les modèles probabilistes relationnels (Probabilistic Relational Models ou PRM), qui sont une extension orientée objet des réseaux bayésiens. Lors de l'exploitation des OO-BRMS, les requêtes adressées aux PRM sont nombreuses et les réponses doivent être calculées rapidement. Pour cela, nous proposons, dans la première partie de cette thèse, un nouvel algorithme tirant parti de deux spécificités des OO-BRMS. Premièrement, les requêtes de ces derniers s'adressent seulement à une sous partie de leur base. Par conséquent, les probabilités à calculer ne concernent que des sous-ensembles de toutes les variables aléatoires des PRM. Deuxièmement, les requêtes successives diffèrent peu les unes des autres. Notre algorithme exploite ces deux spécificités afin d'optimiser les calculs. Nous prouvons mathématiquement que notre approche fournit des résultats exacts et montrons son efficacité par des résultats expérimentaux. Lors de la deuxième partie, nous établissons des principes généraux permettant d'étendre les OO-BRMS pour garantir une meilleure inter-operabilité avec les PRM. Nous appliquons ensuite notre approche au cas d'IBM Operational Decisions Manager (ODM) dans le cadre d'un prototype développé, que nous décrivons de manière générale. Enfin, nous présentons des techniques avancées permettant de compiler des expressions du langage technique d'ODM pour faciliter leur exploitation par le moteur probabiliste des PRM. / In this thesis, we address the issue of uncertainty in Object-Oriented Business Rules Management Systems (OO-BRMSs). To achieve this aim, we rely on Probabilistic Relational Models (PRMs). These are an object-oriented extension of Bayesian Networks that can be exploited to efficiently model probability distributions in OO-BRMSs. It turns out that queries in OO-BRMS are numerous and we need to request the PRM very frequently. The PRM should then provide a rapid answer. For this reason, we propose, in the first part of this thesis, a new algorithm that respects two specifities of OO-BRMSs and optimizes the probabilistic inference accordingly. First, OO-BRMSs queries affect only a subset of their base, hence, the probabilities of interest concern only a subset of the PRMs random variables. Second, successive requests differ only slightly from each other. We prove theoretically the correctness of the proposed algorithm and we highlight its efficiency through experimental tests. During the second part, we establish some principles for probabilistic OO-BRMSs and we describe an approach to couple them with PRMs. Then, we apply the approach to IBM Operational Decision Manager (ODM), one of the state-of-the-art OO-BRMSs, and we provide a general overview of the resulted prototype. Finally, we discuss advanced techniques to compile elements of ODM technical language into instructions that are exploitable by the PRM probabilistic engine.

L’irrigation a connu de grands changements dans le bassin du Rhône français durant les trente dernières années du vingtième siècle. La mise en œuvre d’un Système d’Information sur le bassin du Rhône (SIR) montre l’existence de quatre grands systèmes d’irrigation qui s’individualisent au sein de plusieurs « régions d’irrigation ». Ces dernières révèlent des dynamiques contrastées, mettant à mal l’idée que l’irrigation aurait connu une expansion continue et homogène, même si les superficies irriguées augmentent globalement. Ces dynamiques spatiales s’expliquent par les profondes transformations d’une pratique modernisée, utilisant des techniques toujours plus économes en eau. C’est d’ailleurs le deuxième enseignement de la recherche : l’accroissement général des superficies irriguées n’a pas entraîné une augmentation des demandes en eau. Celles-ci ont plutôt tendance à diminuer, de l’ordre de 30 % en trente ans. Sous l’impulsion des gestionnaires, les irrigants font un usage de plus en plus raisonné des ressources en eau et, à terme, il ne faut certainement pas considérer l’irrigation comme une menace généralisée pour les équilibres environnementaux... Le mémoire de thèse s’accompagne d’un système de gestion de l’information géographique et d’un atlas en version électronique. / Over the last thirty years of the twentieth century, irrigation in the French basin of the Rhône river has undergone substantial change. The implementation of a Geographic Information System on the Rhône basin (SIR) demonstrates the existence of four main irrigation systems individualized within several “irrigation regions.” These reveal in turn a series of contrasted dynamics, putting into question the idea that irrigation expansion had been both continuous and homogeneous, even though the total surface area irrigated actually increased. These spatial dynamics can be accounted for by the deep transformations due to a modernised practice that relies on techniques ever more sparing with water. This is in fact the second lesson one can draw from this study : the general increase in irrigated surface areas did not lead to an increase in water demand. On the contrary, water demand has tended to diminish, in the order of 30% over thirty years. Driven by management, the cultivators’ use of water resources is more and more reasoned, so that in the long run irrigation is surely no global threat to environmental balance. The thesis includes a system for managing geographic information as well as an electronic atlas.

La présente recherche pluridisciplinaire a pour objectif principal d'analyser et d'évaluer de nouvelles potentialités de l'amélioration du fonctionnement des réseaux de voies rapides (RVR) avec leur maillage progressif et en particulier avec le développement des systèmes d'information des usagers. Cette recherche s'appuie principalement sur le cas concret du RVR d'Ile-de-France, représentatif par sa complexité structurelle et par les problèmes rencontrés lors de son exploitation et notamment ceux liés à la mise en œuvre opérationnelle du système d'exploitation : SIRIUS. L'examen de l'approche d'exploitation de ce réseau révèle deux problèmes majeurs qui sont au cœur de l'amélioration du fonctionnement des RVR : celui du manque d'outils adaptés et celui de l'organisation des acteurs. Partant de ces deux constats, notre recherche s'est focalisée sur deux axes : - développement, analyse, validation et prospective des outils d'exploitation, - analyse des aspects organisationnels et éléments de réflexion pour la définition de politiques d'exploitation. Cette recherche a consacré beaucoup d'effort au développement des outils et à l'élaboration des procédures pour la maîtrise du recueil automatique des données (RAD). Un enseignement de notre travail est d'avoir montré que, pour les systèmes d'exploitation comme SIRIUS, il s'agit là d'un aspect essentiel. L'approche de la détection automatique des bouchons (DAB) développée permet leur détection systématique et quasi instantanée, avec un taux de fausses alarmes raisonnable. L'application de cette approche de DAB devrait assurer une information fiable sur les encombrements. De manière générale, la maîtrise du RAD ouvre la voie à la prestation de différents niveaux de services dont l'impact en matière d'exploitation routière doit encore faire l'objet d'évaluations complémentaires. Parallèlement, nous démontrons que cette maîtrise - et plus généralement, celle de l'exploitation des RVR - dépend des réponses apportées à certains problèmes d'organisation. Dans un contexte multi-acteurs, il est nécessaire de favoriser au maximum la coopération, mais il faut également tenir compte des exigences d'autonomie de chaque acteur pour améliorer les performances d'ensemble du système socio-technique d'exploitation des RVR. Des propositions concrètes, visant à une approche globale des problèmes d'exploitation des RVR, sont formulées en ce sens.

La gestion de l'information technique et administrative produite durant le cycle de vie d'un projet de construction est envisageable via une description structurée des données. Cette description destinée à l'utilisateur mais aussi à l'ordinateur peut s'exprimer selon un langage (tel EXPRESS) qui devrait permettre l'inter-opérabilité des systèmes informatiques qui la mettent en oeuvre. Ces derniers manipulent ainsi une structure unique et non ambiguë de données, assurant de la sorte l'intégrité et la cohérence de l'information produite et manipulée. La description de cette structure est communément appelée "Modèle de Données". Le document est le support favori de description d'un projet d'ingénierie. Il constitue la base conceptuelle et réglementaire de tout processus industriel. L'analyse des documents produits durant le cycle de vie d'un projet révèle l'importance de leur cadre descriptif, législatif et juridique, comme en témoigne l'exemple du Cahier des Clauses Techniques Particulières (CCTP). Le CCTP est un des documents essentiels issu des études détaillées d'un projet. Il se distingue notamment par son volume, et par la pertinence de son contenu : il définit les conditions particulières d'exécution des ouvrages et complète leur description faite au travers des plans techniques. La consultation des entrepreneurs impose la répartition des corps d'état en lots de travaux. Les conséquences essentielles d'une telle démarche concernent la coordination de l'exécution des ouvrages et les responsabilités postérieures à leur achèvement. Tous ces détails et notamment tous ceux portant sur les limites de prestations entre lots doivent être judicieusement traités par le lot en question. Ainsi, le souci actuel des professionnels du bâtiment est de pouvoir produire au moment utile et opportun pour un prescripteur donné, un descriptif de qualité, compatible avec ceux précédemment approuvés, et fidèle à la description réelle du projet, fournie par un modèle de données du bâtiment. Cette thèse se propose de démontrer la possibilité de génération de pièces écrites via un modèle de données supportant la description formelle, physique et performancielle d'un projet de construction. Il s'agit de proposer une structure logique de document, à partir de laquelle est dérivée la définition type du CCTP de référence (DTD CCTP) en langage SGML. Les éléments de la DTD sont ensuite instanciés afin de produire la version balisée du CCTP. Une telle mise en oeuvre permet entre autres la génération du sommaire, des listes de références ainsi que des liens hypertexte internes et externes au document. Nous proposons par la suite un modèle d'association permettant l'indexation des concepts du modèle de données du bâtiment par des items documentaires du CCTP balisé. C'est au travers des instances de ce modèle qu'est produit le CCTP projet, moyennant tous les contrôles de cohérences internes et externes au document. Cette approche assure une qualité maximale des pièces descriptives d'un projet et contribue à la diminution des risques d'erreurs liés au processus complexe de conception / réalisation / maintenance d'une opération de construction. En guise de conclusion, nous proposons une généralisation de cette approche à tout type de document "projet".

Cette thèse se concentre sur la fiabilité des batteries lithium pour des applications véhicules à faible émission en CO2. Pour cela, des méthodologies de caractérisation électriques et thermiques, des protocoles et des tests de vieillissement de batteries lithium sous différents modes (cyclage actif, calendaire simple et cyclage/calendaire) ont été mis en œuvre.Une première partie de ces travaux de thèse s'attache à la modélisation et à l'estimation des états de charge et de santé de la batterie.La deuxième partie est consacrée à l'étude du vieillissement calendaire des batteries lithium utilisant la spectroscopie d'impédance comme méthode de caractérisation. Ensuite, une méthode originale pour l'évaluation de l'état santé de la batterie est proposée. Elle est basée sur l'exploitation de l'étape de charge à tension constante lors d'une recharge complète et est donc bien adaptée à une intégration au sein d'un système de gestion de batterie. L'approche introduite est validée sur des données réelles de vieillissement allant jusqu'à deux ans de test.Enfin, une étude du phénomène de régénération de la capacité suite à un vieillissement des batteries de type combiné cyclage/calendaire est menée. Cette dernière partie constitue une ouverture pour le développement de stratégies d'usage des batteries lithium en incluant leur comportement thermique.

Cette thèse se concentre sur la fiabilité des batteries lithium pour des applications véhicules à faible émission en CO2. Pour cela, des méthodologies de caractérisation électriques et thermiques, des protocoles et des tests de vieillissement de batteries lithium sous différents modes (cyclage actif, calendaire simple et cyclage/calendaire) ont été mis en œuvre.Une première partie de ces travaux de thèse s’attache à la modélisation et à l’estimation des états de charge et de santé de la batterie.La deuxième partie est consacrée à l’étude du vieillissement calendaire des batteries lithium utilisant la spectroscopie d’impédance comme méthode de caractérisation. Ensuite, une méthode originale pour l’évaluation de l’état santé de la batterie est proposée. Elle est basée sur l’exploitation de l’étape de charge à tension constante lors d’une recharge complète et est donc bien adaptée à une intégration au sein d’un système de gestion de batterie. L’approche introduite est validée sur des données réelles de vieillissement allant jusqu’à deux ans de test.Enfin, une étude du phénomène de régénération de la capacité suite à un vieillissement des batteries de type combiné cyclage/calendaire est menée. Cette dernière partie constitue une ouverture pour le développement de stratégies d’usage des batteries lithium en incluant leur comportement thermique. / In this thesis, we focus on the reliability of lithium batteries used for automotive applications. For this purpose, electric and thermal characterization methodologies as well as aging tests under several modes (calendar, power cycling, calendar/power cycling) are carried out.In a first part of the work, battery modeling and battery state estimation (state-of-charge and state-of-health) are considered.Then, based on periodic characterization from electrochemical impedance spectroscopy, calendar aging is investigated. Next, we proposed an original process for precise battery state-of-health determination that exploits a full recharge and mainly constant-voltage charge step which allows easily its integration within a battery management system. Our experimental results, up to two years real-life data, confirm effectiveness of our technique.Finally, we study the capacity recovery phenomenon occurring due to combined battery aging (calendar/power cycling). This final part is almost dedicated to introduce strategies for battery use presenting at the same time a thermal behavior study.

La gestion thermique des batteries Li-ion pour le véhicule électrique est essentielle, pour assurer une autonomie et une durée de vie optimales de ces batteries. Habituellement, des circuits d'air ou de liquide de refroidissement sont utilisés comme systèmes de gestion thermique. Cependant, ces systèmes sont coûteux en termes d'investissement et d'exploitation et doivent être dimensionnés sur la puissance maximale à extraire. L'utilisation de matériaux à changement de phase (MCP) pour l’absorption sous forme de chaleur latente de la chaleur à dissiper peut représenter une alternative moins coûteuse et plus facile à utiliser. En effet, les MCP peuvent stocker passivement la chaleur excédentaire produite et être utilisés en tant que systèmes passifs. Cependant, les MCP présentent de nombreux inconvénients comme la difficulté de décharger l’énergie thermique stockée, ce qui limite l’aptitude du système au cyclage, ou encore leur conductivité thermique peu élevée qui limite les capacités d’échange. Pour résoudre le problème de la régénération des MCP, un système actif supplémentaire peut être ajouté, dimensionné sur une puissance modérée; l'ensemble devient alors un système semi-passif. Dans cette étude, un système de gestion thermique composé d'un MCP et d’air en convection forcée est évalué. Ce système permet de coupler les avantages de ces deux techniques. Une modélisation du système est développée pour une cellule de batterie. Une comparaison avec de l’air uniquement, en convection forcée, montre l'utilité du MCP. Pour augmenter la capacité d’échange du MCP, un matériau à haute conductivité thermique peut être ajouté au MCP, ce qui permet d’obtenir un composite ayant une conductivité thermique plus élevée. Des composites basés sur les MCP étudiés et des nanostructures de carbone sont élaborés, leur conductivité thermique est mesurée. Ensuite, un système expérimental simulant la dissipation d’une cellule de batterie est construit et utilisé pour évaluer le MCP seul, le MCP inclus dans une mousse métallique et le meilleur composite obtenu. Enfin, pour se rapprocher des conditions réelles, un modèle représentant un stack entier de batterie est développé, des simulations sont produites et les résultats obtenus sont commentés. / Li-ion battery thermal management is essential for electric vehicles (EVs), to ensure an optimal autonomy and lifespan of those batteries. Usually, air or coolant circuits are employed as thermal management systems. However, those systems are expensive in terms of investment and operating costs and must be dimensioned on the maximal power to be extracted. The use of phase change materials (PCMs) as latent heat storage medium allowing the absorption of the heat to be dissipated as latent heat may represent an alternative cheaper and easier to operate. In fact, PCMs can passively store the excess heat produced by a device and be used as passive systems. However, PCMs have several drawbacks like the difficulty to discharge the stored thermal load which limits the system’s cyclability or their low thermal conductivity which limits their heat transfer capacity. To solve the problem of the PCM regeneration, an additional active system can be added, dimensioned on a moderate power; the whole becomes a semi-passive system. In this study, a thermal management system composed of a PCM and forced air convection is evaluated. This system permits to combine the respective advantages of the two techniques. A model of the system is developed for one battery cell. A comparison with forced air convection only points out the usefulness of the PCM. To overcome the PCM low thermal conductivity, a highly conductive material can be added to the PCM permitting to obtain a composite with a higher thermal conductivity. Composites based on the PCMs studied and carbon nanostructures are elaborated, and their thermal conductivity is measured. Then, an experimental system permitting to simulate the dissipation of a battery cell is build and used to evaluate the PCM alone, the PCM embedded in metal foam and the better obtained composite. Finally, to be closer to the real conditions, a model representing an entire battery stack is developed, simulations are produced and the obtained results are discussed.