Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Le décollement de la couche limite sur un volet est responsable de pertes de performances importantes, telles qu'une chute de la portance et une augmentation de la traînée, lors des phases de décollage et d'atterrissage d'un avion. Les aéronefs modernes sont équipés de volets dont le déploiement laisse apparaître une fente qui permet d'augmenter la portance aux faibles vitesses. Les mécanismes de déploiement associés sont lourds et complexes. Dans le but de les simplifier, l'idée consiste à supprimer la fente entre le volet et l'aile, et à la remplacer par un dispositif de contrôle du décollement de type " soufflage pulsé ". Les travaux de thèse proposent l'adaptation temps-réel en boucle fermée des paramètres du soufflage, c'est-à-dire la quantité de mouvement injectée dans l'écoulement et la fréquence de forçage. Les algorithmes de contrôle développés durant l'étude ont permis de répondre à deux objectifs, le premier étant de maintenir l'écoulement attaché lors d'un braquage progressif du volet, et le second de garantir une portance maximale malgré le décollement qui survient inévitablement aux forts angles de braquage lorsque l'apport de quantité de mouvement du contrôle est trop faible. Ces deux objectifs se classent respectivement dans le cadre du contrôle direct du décollement (flow separation control) et le cadre du contrôle des écoulements décollés (separated-flow control).

Le décollement de la couche limite sur un volet est responsable de pertes de performances importantes, telles qu'une chute de la portance et une augmentation de la traînée, lors des phases de décollage et d'atterrissage d'un avion. Les aéronefs modernes sont équipés de volets dont le déploiement laisse apparaître une fente qui permet d'augmenter la portance aux faibles vitesses. Les mécanismes de déploiement associés sont lourds et complexes. Dans le but de les simplifier, l'idée consiste à supprimer la fente entre le volet et l'aile, et à la remplacer par un dispositif de contrôle du décollement de type " soufflage pulsé ". Les travaux de thèse proposent l'adaptation temps-réel en boucle fermée des paramètres du soufflage, c'est-à-dire la quantité de mouvement injectée dans l'écoulement et la fréquence de forçage. Les algorithmes de contrôle développés durant l'étude ont permis de répondre à deux objectifs, le premier étant de maintenir l'écoulement attaché lors d'un braquage progressif du volet, et le second de garantir une portance maximale malgré le décollement qui survient inévitablement aux forts angles de braquage lorsque l'apport de quantité de mouvement du contrôle est trop faible. Ces deux objectifs se classent respectivement dans le cadre du contrôle direct du décollement (flow separation control) et le cadre du contrôle des écoulements décollés (separated-flow control). / Boundary layer separation from flaps is responsible for large performance losses during take-off and landing phases of an aeroplane flight, including loss of lift and drag increase. On modern aircraft, a slot located between the wing and the flap enables to increase lift at low speed. To manage this slot, flap deployment systems are very complex and heavy. It would be of interest to simplify them and replace the slot by separation control devices whose parameters such as injected momentum and forcing frequency can be adapted in closed-loop and real-time. The present study aims at developing algorithms to control those parameters in order to fulfill two objectives, the first one is to maintain the flow attached when the flap is progressively deflected, the second one is to provide maximum lift despite of massive separation at high flap deflection angles, when the momentum injected into the flow is no more sufficient to reach full reattachment. In the literature, the first objective is related to the framework of flow separation control, and the second one to the framework of separated-flow control

Une utilisation efficace et coordonnée des systèmes installés dans le bâtiment doit permettre d’améliorer le confort des occupants tout en consommant moins d’énergie. Ces objectifs à optimiser sont pourtant antagonistes. Le problème résultant peut être alors vu comme un problème d’optimisation multicritères. Par ailleurs, pour répondre aux enjeux industriels, il devra être résolu non seulement dans une optique d’implémentation simple et peu coûteuse, avec notamment un nombre réduit de capteurs, mais aussi dans un souci de portabilité pour que le contrôleur résultant puisse être implanté dans des bâtiments d’orientation différente et situés dans des lieux géographiques variés.L’approche choisie est de type commande prédictive (MPC, Model Predictive Control) dont l’efficacité pour le contrôle du bâtiment a déjà été illustrée dans de nombreux travaux, elle requiert cependant des efforts de calcul trop important. Cette thèse propose une méthodologie pour la synthèse des contrôleurs, qui doivent apporter une performance satisfaisante en imitant les comportements du MPC, tout en répondant à des contraintes industriels. Elle est divisée deux grandes étapes :1. La première étape consiste à développer un contrôleur MPC. De nombreux défis doivent être relevés tels que la modélisation, le réglage des paramètres et la résolution du problème d’optimisation.2. La deuxième étape applique différents algorithmes d’apprentissage automatique (l’arbre de décision, AdaBoost et SVM) sur une base de données obtenue à partir de simulations utilisant le contrôleur prédictif développé. Les grands points levés sont la construction de la base de données, le choix de l’algorithme de l’apprentissage et le développement du contrôleur logique.La méthodologie est appliquée dans un premier temps à un cas simple pour piloter un volet,puis validée dans un cas plus complexe : le contrôle coordonné du volet, de l’ouvrant et dusystème de ventilation. / An efficient and coordinated control of systems in buildings should improve occupant comfort while consuming less energy. However, these objectives are antagonistic. It can then be formulated as a multi-criteria optimization problem. Moreover, it should be solved not only in a simple and cheap implementation perspective, but also for the sake of adaptability of the controller which can be installed in buildings with different orientations and different geographic locations.The MPC (Model Predictive Control) approach is shown well suited for building control in the state of the art but it requires a big computing effort. This thesis presents a methodology to develop logical controllers for equipments in buildings. It helps to get a satisfactory performance by mimicking the MPC behaviors while dealing with industrial constraints. Two keys steps are required :1. In the first step, an optimal controller is developed with hybrid MPC technique. There are challenges in modeling, parameters tuning and solving the optimization problem.2. In the second step, different Machine Learning algorithms (Decision tree, AdaBoost, SVM) are tested on database which is obtained with the simulation with the MPC controller. The main points are the construction of the database, the choice of learning algorithm and the development of logic controller.First, our methodology is tested on a simple case study to control a blind. Then, it is validatedwith a more complex case : development of a coordinated controller for a blind, natural ventilationand mechanical ventilation.

Une utilisation efficace et coordonnée des systèmes installés dans le bâtiment doit permettre d’améliorer le confort des occupants tout en consommant moins d’énergie. Ces objectifs à optimiser sont pourtant antagonistes. Le problème résultant peut être alors vu comme un problème d’optimisation multicritères. Par ailleurs, pour répondre aux enjeux industriels, il devra être résolu non seulement dans une optique d’implémentation simple et peu coûteuse, avec notamment un nombre réduit de capteurs, mais aussi dans un souci de portabilité pour que le contrôleur résultant puisse être implanté dans des bâtiments d’orientation différente et situés dans des lieux géographiques variés.L’approche choisie est de type commande prédictive (MPC, Model Predictive Control) dont l’efficacité pour le contrôle du bâtiment a déjà été illustrée dans de nombreux travaux, elle requiert cependant des efforts de calcul trop important. Cette thèse propose une méthodologie pour la synthèse des contrôleurs, qui doivent apporter une performance satisfaisante en imitant les comportements du MPC, tout en répondant à des contraintes industriels. Elle est divisée deux grandes étapes :1. La première étape consiste à développer un contrôleur MPC. De nombreux défis doivent être relevés tels que la modélisation, le réglage des paramètres et la résolution du problème d’optimisation.2. La deuxième étape applique différents algorithmes d’apprentissage automatique (l’arbre de décision, AdaBoost et SVM) sur une base de données obtenue à partir de simulations utilisant le contrôleur prédictif développé. Les grands points levés sont la construction de la base de données, le choix de l’algorithme de l’apprentissage et le développement du contrôleur logique.La méthodologie est appliquée dans un premier temps à un cas simple pour piloter un volet,puis validée dans un cas plus complexe : le contrôle coordonné du volet, de l’ouvrant et dusystème de ventilation. / An efficient and coordinated control of systems in buildings should improve occupant comfort while consuming less energy. However, these objectives are antagonistic. It can then be formulated as a multi-criteria optimization problem. Moreover, it should be solved not only in a simple and cheap implementation perspective, but also for the sake of adaptability of the controller which can be installed in buildings with different orientations and different geographic locations.The MPC (Model Predictive Control) approach is shown well suited for building control in the state of the art but it requires a big computing effort. This thesis presents a methodology to develop logical controllers for equipments in buildings. It helps to get a satisfactory performance by mimicking the MPC behaviors while dealing with industrial constraints. Two keys steps are required :1. In the first step, an optimal controller is developed with hybrid MPC technique. There are challenges in modeling, parameters tuning and solving the optimization problem.2. In the second step, different Machine Learning algorithms (Decision tree, AdaBoost, SVM) are tested on database which is obtained with the simulation with the MPC controller. The main points are the construction of the database, the choice of learning algorithm and the development of logic controller.First, our methodology is tested on a simple case study to control a blind. Then, it is validatedwith a more complex case : development of a coordinated controller for a blind, natural ventilationand mechanical ventilation.

Ce travail contribue au programme de recherche et de développement d'un capteur CMOS à pixel qui pourrait satisfaire pleinement les spécifications du nouvel ITS (Inner Tracking System : trajectomètre interne) de l'expérience ALICE. Afin de briser les limites de la CPS de pointe, une technologie CMOS 0.18 µm à quatre puits a été explorée. Les capteurs fabriqués dans cette nouvelle technologie ont montré une meilleure tolérance aux radiations que les capteurs réalisés dans une technologie CMOS 0.35 µm plus ancienne. En outre, cette nouvelle technologie offre la possibilité d’implémenter des transistors de type P dans chaque pixel sans dégrader la capacité de collection de la diode. Il devient donc possible d’intégrer un discriminateur dans chaque pixel et obtenir un pixel à sortie binaire. En conséquence, la consommation sera largement réduite. De plus, le temps de traitement de la ligne peut être potentiellement réduit. Un premier prototype de petite taille, intitulé AROM-0, a été conçu et fabriqué afin d’étudier la faisabilité de la discrimination de signal dans un petit pixel. Dans ce prototype, chaque pixel de surface 22 × 33 µm2 contient une diode de détection, un préamplificateur et un discriminateur à tension d’offset compensée. La performance de bruit des différentes versions de pixels dans le capteur AROM-0 a été évaluée. Ensuite sera détaillé le développement des capteurs AROM-1. Ce sont les capteurs intermédiaires vers le capteur final proposé par notre groupe. Ils ont deux objectifs principaux, l’un est de valider les optimisations de conception du pixel et l’autre est de mettre en place une architecture du capteur évolutive intégrant l’intelligence nécessaire dans le circuit. Cette thèse présente en détail la conception et les résultats de mesure de ces capteurs AROM. / This work is part of the R&D program aimed for a CMOS pixel sensor (CPS) complying with the requirements of the upgrade of the inner tracking system (ITS) of the ALICE experiment. In order break the limitations of the state-of-the-art CPS, a 0.18 µm quadruple-well CMOS process was explored. Besides an enhanced radiation tolerance, with respect to the former sensors fabricated in a 0.35 µm process, the sensor based on this new process allows for full CMOS capability inside the pixel without degradation of the detection efficiency. Therefore, the signal discrimination, which was formerly performed at the column level, can be integrated inside the pixel. As a result, the readout speed and power consumption can be greatly improved as compared to the CPS with column-level discrimination. This work addresses the feasibility study of achieving the signal discrimination withina small pixel (i.e. 22 × 33 µm2), via the prototype named AROM-0. The pixel of AROM-0 contains a sensing diode, a pre-amplifier and an offset compensated discriminator. The noise performance of the various pixel versions implemented in AROM-0 was evaluated. The study was further pursued with the AROM-1 prototypes, incorporating the optimized pixel designs and the necessary on-chip intelligence to approach the final sensor we have proposed for the ALICE-ITS upgrade. This thesis presents in detail the design and the measurement results of these AROM sensors.

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