Les mécanismes parallèles sont fréquemment utilisés comme robots manipulateurs, comme simulateurs de mouvement, comme machines parallèles, etc. Cependant, à cause des chaînes cinématiques fermées qui caractérisent leur architecture, le mouvement de leur plateforme est limité et des singularités cinématiques complexes peuvent apparaître à l'intérieur de leur espace de travail. Par conséquent, une maximisation l'espace de travail libre de singularité pour ce type de mécanismes est souhaitable dans un contexte de conception. Dans cette thèse, deux types de mécanismes parallèles sont étudiés: les mécanismes parallèles plans ?avec, en particulier le 3-RPR? et les mécanismes spatiaux ?avec, en particulier, la plateforme de Gough-Stewart. Pour chaque type de mécanisme parallèle, une forme simple d'équation de singularité est obtenue. Le principe consiste à séparer l'origine O' du repère mobile du point considéré P et de faire coïncider O' avec un point particulier de la plateforme. L'équation ainsi obtenue est l'équation de singularité du point P de la plateforme qui contient un ensemble minimal de paramètres géométriques. Par ailleurs, il est prouvé que les centres des cercles et sphères définissant l'espace de travail se trouvent exactement sur les lieux de singularité. Cette observation et l'équation de singularité simplifiée constituent les points de départ de l'analyse de l'espace de travail libre de singularité ainsi que de l'optimisation géométrique. Pour le mécanisme parallèle plan 3-RPR, l'espace de travail libre de singularité et les limites correspondantes pour la longueur des pattes dans une orientation prescrite sont déterminés. Ensuite l'architecture optimale qui permet d'obtenir un espace de travail maximal tout en étant libre de singularité est discutée. En ce qui concerne la plateforme de Gough-Stewart, cette thèse se concentre sur le manipulateur symétrique simplifié minimal (MSSM). Comme une plateforme de Gough- Stewart a 6 degrés de liberté, son espace de travail se divise en deux: l'espace de travail en position (ou simplement espace de travail) et l'espace de travail en orientation. A partir de l'équation de singularité simplifiée, une procédure générale est développée afin de déterminer l'espace de travail libre de singularité maximal autour d'un point particulier dans une orientation donnée, et afin de déterminer les limites correspondantes des longueurs de patte. Dans le but de maximiser l'espace de travail libre de singularité en orientation, un algorithme est présenté qui optimise les trois angles d'orientation. Sachant qu'une plateforme fonctionne habituellement pour une certaine gamme d'orientations, deux algorithmes qui calculent l'espace de travail en orientation libre de singularité maximal sont présentés. En utilisant les angles d'Euler en roulis, tangage et lacet, l'espace de travail en orientation pour une position prescrite peut être défini par 12 surfaces. Basé sur ce fait, un algorithme numérique est présenté qui évalue et représente l'espace de travail en orientation pour une position prescrite dans les limites données de longueur de patte. Ensuite, une procédure est proposée afin de déterminer l'espace de travail en orientation libre singularité maximal ainsi que les limites correspondantes des longueurs de patte. En pratique, une plateforme peut fonctionner dans un ensemble de positions. Ainsi, l'effet de la position de travail sur l'espace de travail en orientation libre de singularité maximal est analysé et deux algorithmes sont proposés pour calculer ce dernier pour tout un ensemble de positions particulières. Finalement, un algorithme qui optimise les paramètres géométriques est développé dans le but de déterminer l'architecture optimale qui permet à la plateforme de MSSM Gough-Stewart d'obtenir l'espace de travail libre singularité maximal autour d'une position particulière pour l'orientation de référence. Les résultats obtenus peuvent être utilisés pour la conception géométrique, la configuration des paramètres (longueur des pattes) ou la planification de trajectoires libres de singularité des mécanismes parallèles considérés. En outre, les algorithmes proposés peuvent également être appliqués à d'autres types de mécanismes parallèles.

Dans ce travail une stratégie de maintenance préventive est proposée pour un système multi composants. Cette stratégie suggère d'effectuer des remplacements préventifs de certains composants du système à tous les s unités de temps. Si une défaillance accidentelle survenait, une réparation minimale est aussitôt entreprise pour ramener le système défaillant en état d'opération sans affecter son taux de panne. Après n remplacements préventifs, le système est remis à neuf. La stratégie considérée est alors définie par deux paramètres n et s. A chaque action de maintenance, on associe une durée et un coût. Deux modèles mathématiques ont été développés pour déterminer le couple optimal (s*, n*). Le premier modèle permet de trouver le couple (s*, n*) qui minimise le coût total moyen sur un horizon infini. Le second modèle permet de déterminer le couple optimal (s*, n*) qui maximise la disponibilité stationnaire du système. Des procédures numériques ont été mises au point pour traiter les deux modèles. Plusieurs résultats numériques ont été obtenus. La stratégie proposée peut s'appliquer à plusieurs systèmes multi composants. Les modèles analytiques développés peuvent servir de base au développement de nouvelles stratégies. Un modèle d'optimisation permettant de déterminer le couple (s*, n*) qui permet de respecter un seuil de disponibilité requis, à coût minimal, est actuellement en phase de développement.

Des écoulements instationnaires au niveau du distributeur des turbines à réaction ont été expérimentalement étudiés dans ce projet doctoral. Le but est de développer une expertise intégrée pour mesurer des écoulements instationnaires au niveau des distributeurs des turbines à réaction en utilisant une vélocimétrie par image de particules (PIV) et d'autres techniques de mesure. Les expériences ont été effectuées en deux phases appelées configuration 1 et configuration 2. La configuration 1 est composée d'une directrice, installée dans un canal bidimensionnel d'eau, examinée aux nombres de Reynolds comparable à ceux dans les modèles standards de turbines Francis. La configuration 2 consiste en un distributeur d'un modèle réduit d'une turbine Francis. Dans la configuration 1, les champs d'écoulement ont été mesurés avec un PIV autour d'une directrice asymétrique dans un canal d'eau, à différents angles d'attaque entre 0° et 20°. Les données obtenues comprennent les champs de vitesse instantanée et moyenne. Pour les mêmes conditions, les pertes de charge dues à la directrice ont été mesurées et comparées. Dans la configuration 2, les champs d'écoulement entre deux directrices voisines ont été mesurés avec le PIV au travers d'un accès optique spécifique. Des résultats instantanés tels que les champs de vitesse et les résultats moyens tels que la fluctuation de vitesse et les iso-contours de vitesse ont été présentés. La distribution de pression du côté intrados et du côté extrados de deux directrices voisines a été mesurée avec des capteurs de pression miniatures montés sur les surfaces des directrices. 'Basé sur les mesures, les effets des points d'opération sur le comportement des écoulements sont analysés.

Les travaux de cette thèse portent sur la conception optimale des systèmes de production constitués d'équipements ayant une fiabilité donnée. Les systèmes étudiés utilisent la redondance et/ou des stocks tampons comme technique d'amélioration de la performance. La méthodologie proposée développe des modèles de conception optimale, des méthodes d'évaluation et des algorithmes de résolution robustes et efficaces à base de métaheuristiques pour ces systèmes. Cette méthodologie est validée en l'appliquant à trois problèmes de conception optimale des systèmes de production caractérisés comme N-P difficiles : 1. Le problème d'allocation de la redondance (PAR) : Un algorithme hybride très efficace est proposé pour résoudre ce problème d'optimisation. Cet algorithme est basé sur une hybridation de l'algorithme à colonies de fourmis avec l'algorithme du grand déluge étendu. Les résultats numériques obtenus pour 33 problèmes tests, existant dans la littérature du PAR, montrent que l'algorithme proposé est très compétitif par rapport aux autres approches présentées dans la littérature. 2. Le problème d'allocation optimale des stocks : Deux types de lignes sont traitées, à savoir les lignes homogènes et les lignes non-homogènes. Une nouvelle approche basée sur l'algorithme du grand déluge étendu est proposée. Une étude comparative avec les meilleurs résultats publiés dans la littérature (recuit simulé) montre l'efficacité de cette approche tant au niveau du temps de convergence qu'au niveau de la qualité des solutions. 3. Le problème d'allocation optimale des stocks et de la redondance : Une méthode d'évaluation du taux de production d'une ligne de production série-parallèle est proposée et validée par simulation. Deux algorithmes utilisant des métaheuristiques, à savoir l'algorithme à colonies de fourmis et le recuit simulé, sont développés et comparés. Les résultats numériques obtenus, pour différentes instances générées aléatoirement, illustrent l'efficacité de l'algorithme à colonies de fourmis lorsqu'il est couplé à une procédure d'amélioration.

Les méthodes symboliques de traitement des systèmes multicorps présentent des avantages notables par rapport aux méthodes numériques. Dans ce travail, nous présentons un outil de traitement symbolique des systèmes multicorps que nous avons réalisé. Il fait appel à une modélisation automatisée basée sur un jeu de questions intelligentes qui limite les risques d'erreur. Les équations de mouvement produites se présentent sous une forme lisible. Un tel résultat a été rendu possible grâce à un moteur symbolique évolué basé sur la librairie SymbolicC++ et adapté pour le formalisme multicorps adopté. La disponibilité des équations sous une forme naturelle nous a permis d'entreprendre une validation directe des résultats en comparant ces derniers à ceux fournis par les méthodes analytiques de la dynamique des solides. Un module de résolution numérique des équations de mouvement a été réalisé pour la vérification des résultats des systèmes complexes. Une telle vérification a été effectuée par rapport à un logiciel numérique commercial populaire. Des tests ont été entrepris avec succès au travers de divers projets d'intérêt académique.

Ce mémoire traite du développement d'un outil servant à faire de l'usinage par électroérosion dans l'air à l'aide d'une machine CNC. Cet outil, qui incorpore un actionneur piézoélectrique, a la capacité de fournir un positionnement de l'ordre du micromètre dans un délai de l'ordre de la milliseconde. Étant donné son inertie, la machine CNC ne réagit pas aux impulsions produites par l'actionneur dans la plage d'utilisation de l'outil. En plus de l'outil, un système contrôlant le positionnement de l'électrode est développé. Le but de la recherche est d'effectuer une première phase de développement d'un système automatisé permettant de réaliser la finition de moules complexes à l'aide d'un procédé d'EDM dans l'air.

Dans le contexte actuel des chaînes logistiques, des processus d'affaires complexes et des partenaires étendus, plusieurs facteurs peuvent augmenter les chances de perturbations dans les chaînes logistiques, telles que les pertes de clients en raison de l'intensification de la concurrence, la pénurie de l'offre en raison de l'incertitude des approvisionnements, la gestion d'un grand nombre de partenaires, les défaillances et les pannes imprévisibles, etc. Prévoir et répondre aux changements qui touchent les chaînes logistiques exigent parfois de composer avec des incertitudes et des informations incomplètes. Chaque entité de la chaîne doit être choisie de façon efficace afin de réduire autant que possible les facteurs de perturbations. Configurer des chaînes logistiques efficientes peut garantir la continuité des activités de la chaîne en dépit de la présence d'événements perturbateurs. L'objectif principal de cette thèse est la conception de chaînes logistiques qui résistent aux perturbations par le biais de modèles de sélection d'acteurs fiables. Les modèles proposés permettent de réduire la vulnérabilité aux perturbations qui peuvent aV, oir un impact sur la continuité des opérations des entités de la chaîne, soient les fournisseurs, les sites de production et les sites de distribution. Le manuscrit de cette thèse s'articule autour de trois principaux chapitres: 1 - Construction d'un modèle multi-objectifs de sélection d'acteurs fiables pour la conception de chaînes logistiques en mesure de résister aux perturbations. 2 - Examen des différents concepts et des types de risques liés aux chaînes logistiques ainsi qu'une présentation d'une approche pour quantifier le risque. 3 - Développement d'un modèle d'optimisation de la fiabilité afin de réduire la vulnérabilité aux perturbations des chaînes logistiques sous l'incertitude de la sollicitation et de l'offre.

Pour une posture souhaitée d'un manipulateur parallèle, la flexibilité des membrures et des articulations actionnées, ainsi que le jeu aux articulations rotoïdes passives, permettent un mouvement du manipulateur, même lorsque ses actionneurs sont immobilisés. Cette thèse comprend une étude de quelques caractéristiques des manipulateurs parallèles lorsque le jeu et la flexibilité sont considérés. Celle-ci comprend la distribution de la précision possible à l'intérieur de l'espace de travail, les propriétés cinématiques, dont la dextérité et la raideur, mais plus particulièrement les configurations singulières qui correspondent à une dextérité nulle. En considérant un jeu et une flexibilité finis, les courbes singulières deviennent des zones singulières. Ces zones peuvent réduire considérablement l'espace de travail utile des manipulateurs. Ainsi une configuration qui ne correspond pas, en théorie, à une configuration singulière, peut le devenir.

Dans ce mélTIoire, on s'intéresse à la modélisation et à l'optimisation d'une stratégie de maintenance, dite imparfaite, pour un système dont les caractéristiques opérationnelles se dégradent avec l'âge et avec l'usage. Ce type de stratégies a suscité, au cours de la dernière décennie, beaucoup d' intérêt au niveau de la recherche autant sur le plan fondamental qu'appliqué. Pour chaque système on connait la distribution des durées de vie, des durées de réparation et de remplacement, ainsi que le taux de réduction de l'âge ou du taux de panne du système suite à chaque action de maintenance préventive imparfaite. Après chaque réparation, l'âge du système est réduit d'une certaine fraction et son temps de réparation augmente d'une autre fraction. Plusieurs modèles sont proposés dans la littérature. Dans le cadre de cette étude, on s'est basé principalement sur les travaux de Wang et Pham pour développer deux modèles d' optimisation qui intègrent les variables de décision T et k (variables qui définissent la stratégie), les coûts et les durées associées aux actions de maintenance préventive et corrective, les distributions des durées de vie et de réparation, les paramètres u et ß inhérents au processus de quasirenouvellement et enfin la limite budgétaire La et le seuil de disponibilité requis Ao. Le premier modèle permet de déterminer le couple (T*, k*) qui minimise le coût total moyen par unité de temps sur un horizon infini L(T, k; u, ß) tout en respectant un seuil de disponibilité Ao. Le deuxième modèle vise à déterminer le couple (T*, k *) qui maximise la disponibilité stationnaire A(T, k; u, ß) en respectant une limite budgétaire La. Il s'agit de deux modèles de programmation non linéaire mixte. Des procédures de calcul, exploitant le progiciel MAPLE, ont été mises au point pour traiter les différents modèles de programmation mathématique (avec et sans contraintes). Les modèles proposés pourront servir de base au développetnent de nouvelles stratégies de maintenance. maintenance, dite imparfaite, pour un système dont les caractéristiques opérationnelles se dégradent avec l'âge et avec l' usage. Ce type de stratégies a suscité, au cours de la dernière décennie, beaucoup d' intérêt au niveau de la recherche autant sur le plan fondamental qu' appliqué. Pour chaque système on connait la distribution des durées de vie, des durées de réparation et de remplacement, ainsi que le taux de réduction de l'âge ou du taux de panne du système suite à chaque action de maintenance préventive imparfaite. Après chaque réparation, l'âge du système est réduit d'une certaine fraction et son temps de réparation augmente d'une autre fraction. Plusieurs modèles sont proposés dans la littérature. Dans le cadre de cette étude, on s'est basé principalement sur les travaux de Wang et Pham pour développer deux modèles d' optimisation qui intègrent les variables de décision T et k (variables qui définissent la stratégie), les coûts et les durées associées aux actions de maintenance préventive et corrective, les distributions des durées de vie et de réparation, les paramètres u et P inhérents au processus de quasirenouvellement et enfin la limite budgétaire Lo et le seuil de disponibilité requis Ao. Le premier modèle permet de déterminer le couple (T*, k*) qui minimise le coût total moyen par unité de temps sur un horizon infini L(T, k; u, P) tout en respectant un seuil de disponibilité Ao. Le deuxième modèle vise à déterminer le couple (T*, k *) qui maximise la disponibilité stationnaire A(T, k; u, P) en respectant une limite budgétaire La. Il s'agit de deux modèles de programmation non linéaire mixte. Des procédures de calcul, exploitant le progiciel MAPLE, ont été mises au point pour traiter les différents modèles de programmation mathématique (avec et sans contraintes). Les modèles proposés pourront servir base au développetnent de nouvelles stratégies de maintenance.

La présente maîtrise est réalisée à la demande de Recherche et Développement pour la Défense Canada (RDDC) à Valcartier. Dans un contexte militaire, la capacité à caractériser indépendamment un matériau pour la simulation numérique est primordiale for trois raisons. Premièrement, les matériaux utilisés ne sont pas répandus comme ceux utilisés en aéronautique ou bien en construction automobile. Deuxièmement, les paramètres des matériaux spécifiques au domaine militaire sont rarement divulgués. Troisièmement, l’utilisation d’alliages secrètement développés prohibe la caractérisation par une seconde entité. Le présent projet à pour objectif the permettre au RDDC Valcartier d’effectuer de faon indépendante la détermination des paramètres du modèle Johnson-Cook [1] [2] de matériaux ductiles. Pour arriver à ce point, le modèle Johnson-Cook est présenté à partir de la théorie de la mécanique de l’endommagement des milieux continus (CDM). La méthode de caractérisation proposée par Johnson et Cook dans les références [1] et [2] est introduite. Après quoi, les techniques et moyens expérimentaux nécessaires sont également décrits. Le reste du mémoire se concentre sur les paramètres statiques du modèle (A, B, n, D1, D2, et D3), puisqu’ils sont prédominants dans la modélisation de la mécanique de l’endommagement comparativement aux autres paramètres [2], [16], et [27]. Quelques lacunes sont observées dans la méthode proposée par les auteurs du modèle. Finalement, une amélioration est proposée pour la partie statique de la méthode de caractérisation. La technique utilisée pour cette proposition utilise le système photogrammétrique ARAMIS afin de mesurer les déformations locales des échantillons sur tout la plage de temps et de faciliter la corrélation avec les simulations numériques effectuées avec le code explicit Ls-Dyna. / La présente maîtrise est réalisée à la demande de Recherche et Développement pour la Défense Canada (RDDC) à Valcartier. Dans un contexte militaire, la capacité à caractériser indépendamment un matériau pour la simulation numérique est primordiale for trois raisons. Premièrement, les matériaux utilisés ne sont pas répandus comme ceux utilisés en aéronautique ou bien en construction automobile. Deuxièmement, les paramètres des matériaux spécifiques au domaine militaire sont rarement divulgués. Troisièmement, l’utilisation d’alliages secrètement développés prohibe la caractérisation par une seconde entité. Le présent projet à pour objectif the permettre au RDDC Valcartier d’effectuer de faon indépendante la détermination des paramètres du modèle Johnson-Cook [1] [2] de matériaux ductiles. Pour arriver à ce point, le modèle Johnson-Cook est présenté à partir de la théorie de la mécanique de l’endommagement des milieux continus (CDM). La méthode de caractérisation proposée par Johnson et Cook dans les références [1] et [2] est introduite. Après quoi, les techniques et moyens expérimentaux nécessaires sont également décrits. Le reste du mémoire se concentre sur les paramètres statiques du modèle (A, B, n, D1, D2, et D3), puisqu’ils sont prédominants dans la modélisation de la mécanique de l’endommagement comparativement aux autres paramètres [2], [16], et [27]. Quelques lacunes sont observées dans la méthode proposée par les auteurs du modèle. Finalement, une amélioration est proposée pour la partie statique de la méthode de caractérisation. La technique utilisée pour cette proposition utilise le système photogrammétrique ARAMIS afin de mesurer les déformations locales des échantillons sur tout la plage de temps et de faciliter la corrélation avec les simulations numériques effectuées avec le code explicit Ls-Dyna. / This Master of Science thesis is realized for the Defence Research and Development for Canada (DRDC) Valcartier. In a military context, the capacity to characterise independently the material for numerical simulation is important for three reasons. First, the material used are not widely used as aeronautical and car industries material. Secondly, the material parameters militarily relevant are rarely published. Thirdly, the used of secretly developed alloys could prevent from its characterisation by an external entity. The aim of the present study is to allow the DRDC Valcartier to self-characterize ductile metals for their simulation with the model Johnson-Cook, proposed in [1] and [2]. To get to this point, the Johnson-Cook model is presented starting from the CDM theory. The characterization method proposed by Johnson and Cook in [1] and [2] is introduced. Then, the experimental tests and equipments are described. After what, the work is focused on the static parameters (A, B, n, D1, D2, and D3), since those parameters are predominant compared with others in damage mechanics [2], [16], and [27]. Few lacks are pointed out of the suggested method. Finally, an improvement of the static part of the characterization method is proposed and tested. This added part includes the used of the photogrammetry system ARAMIS to monitor the experimental tests and simulation of those tests with LS-Dyna. / This Master of Science thesis is realized for the Defence Research and Development for Canada (DRDC) Valcartier. In a military context, the capacity to characterise independently the material for numerical simulation is important for three reasons. First, the material used are not widely used as aeronautical and car industries material. Secondly, the material parameters militarily relevant are rarely published. Thirdly, the used of secretly developed alloys could prevent from its characterisation by an external entity. The aim of the present study is to allow the DRDC Valcartier to self-characterize ductile metals for their simulation with the model Johnson-Cook, proposed in [1] and [2]. To get to this point, the Johnson-Cook model is presented starting from the CDM theory. The characterization method proposed by Johnson and Cook in [1] and [2] is introduced. Then, the experimental tests and equipments are described. After what, the work is focused on the static parameters (A, B, n, D1, D2, and D3), since those parameters are predominant compared with others in damage mechanics [2], [16], and [27]. Few lacks are pointed out of the suggested method. Finally, an improvement of the static part of the characterization method is proposed and tested. This added part includes the used of the photogrammetry system ARAMIS to monitor the experimental tests and simulation of those tests with LS-Dyna.