Les architectures actuelles des systèmes de conditionnement d’air utilisés en aéronautique évoluent. Ainsi le compresseur centrifuge d’un pack de conditionnement moderne devient une source de bruit prépondérante au sol lors des opérations de maintenance. Ce travail de thèse vise à la mise en place d’un outil d’aide à la conception acoustique des compresseurs centrifuges subsoniques. La source de bruit dominante est attribuée à l’impact des sillages du rotor sur les aubes du diffuseur. Les ondes acoustiques alors créées peuvent se propager dans les canaux inter-aubes du rotor en remontant l’écoulement jusqu’à l’entrée d’air pour rayonner à l’extérieur. Cette hypothèse est confirmée par un essai de détection modale réalisé à l’aide d’une virole tournante instrumentée. En particulier, pour des vitesses de rotation proches du point de dimensionnement aérodynamique du compresseur, les modes créés par la source de bruit rotor/stator sont clairement présents lors des mesures réalisées et l’hypothèse de départ est validée. L’approche analytique suivie ici revient à décomposer le trajet des ondes sonores en plusieurs étapes. Les modes engendrés par l’interaction se propagent d’abord dans les canaux inter-aubes. Cet aspect est traité par une approche de modes de conduit coudé lentement variable à section rectangulaire. Une comparaison avec un logiciel commercial montre l’importance des couplages inter-modaux, qui ne sont pas pris en compte pour l’instant dans le modèle développé. Les ondes acoustiques se recomposent ensuite dans l’entrée d’air. Un modèle de raccordement modal entre les canaux inter-aubes et le conduit d’entrée d’air est développé en deux puis en trois dimensions selon deux techniques équivalentes qui ont été validées par un bilan de puissance. Cette méthode donne la possibilité de prendre en compte un écoulement débitant ou un écoulement tangentiel. La combinaison des deux écoulements nécessite des développements supplémentaires, qui feront l’objet d’une étude ultérieure. L’objectif étant de déterminer une fonction de transfert propre d’un compresseur, l’étape suivante est la mise en place d’un modèle de propagation en conduit d’entrée d’air droit à extrémité libre, à partir de la technique de Wiener-Hopf. Les trois modèles mis au point apportent des éclairages sur les mécanismes de propagation. Leur chaînage pour aboutir à un outil prédictif intégré est en cours de développement. / Noise reduction is an important issue for fan manufacturers,who need developing new prediction methods dedicated to low-noise design. The present work focuses on upstream noise propagation through the impeller of a centrifugal compressor. The main assumption is that the noise source arise from the impingement of the impeller wakes on the diffuser vanes. This mechanism forces in the inter-blade channels particular propagation modes that can be detected in the inlet duct. An experimental modal detection, limited to an azimuthal investigation, has been first carried out at inlet to validate the main assumption in the analytical approach. It has confirmed that the wake-interaction noise dominates the tonal noise of the compressor inlet duct is split into successive steps, each of which is adressed using a different analytical model.The propagation inside the curved channels between adjacent blades is solved by the multiple-scale approximation for bent slowly-varying ducts adapted to channels of rectangular cross-section. Analytical results have been compared with exact solutions obtained with a commercial software. The discrepancies are attributed to a significant modal coupling inside the channels, ignored in the analytical approach.The sound transmission from the channels towards the inlet duct has been solved as a problem of bifurcated waveguides by a mode-matching technique. This technique allows calculating the reflected and transmitted sound waves from imposed incident channel modes. To solve the mode-watching equations, a direct matrix inversion and a reformulation by residue identification have been investigated for a pure axial flow or a tangential one. When combining both flows, one issue concerning the relevant field variables to use at interfaces remains open and needs further investigation.In this study, in order to compare different centrifugal compressor designs and therefore only focus on their respective transfer functions, the chosen inlet geometry is a straight duct. The far-field radiation at the inlet termination is modelled by the Winer-Hopf technique.All aforementioned analytical models are considered bricks of a future integrated prediction strategy, still in progress.

Cette thèse est une contribution au traitement du problème de conception et de pilotage d'une chaîne logistique dans un réseau d'entreprises. Elle examine plus spécifiquement le cas d'un réseau coopératif où tous les partenaires jouissent des mêmes privilèges (il n'y a pas de partenaire leader). Compte tenu des différents problèmes inhérents à ce type d'organisations, une démarche d'aide à la décision basée sur les concepts d'optimisation multicritère a été proposée. Cette démarche consiste à répartir les activités entre membres du réseau en deux étapes. Elle permet de satisfaire simultanément les objectifs de performance à court terme et d'évolution de compétences à long terme au sein du réseau. Par ailleurs, elle intègre l'aspect stochastique qui peut affecter la performance globale de ce type d'organisations et ce à travers un modèle basé sur les concepts de fiabilité. La thèse a débouché sur des contributions pour la conception et la gestion d'un réseau coopératif. Ces contributions favorisent une meilleure compétitivité aussi bien du réseau que des partenaires qui le constituent.

Le contexte dans lequel vivent les organisations évolue. Elles doivent faire face à quatre nouveaux enjeux principaux : l'appartenance à des pôles et réseaux, le centrage sur les connaissances et l'innovation, la responsabilité sociétale et l'intégration de nouveaux comportements au travail. Ces nouveaux enjeux font apparaître de nouvelles parties prenantes des organisations (pouvoirs publics, société, associations, communauté scientifique, entreprises partenaires...) et diversifient leurs attentes (création d'emplois, création de connaissances, protection de l'environnement...). Ainsi, les critères d'évaluation de la performance de ces organisations se multiplient et se diversifient. Les modes de conception et de pilotage existants doivent être adaptés. Ce travail met en œuvre une recherche-action au sein de la plateforme d'imagerie préclinique MIRCen (Molecular Imaging Research Centre) du CEA, appartenant au pôle de compétitivité Medicen Paris Region ainsi qu'à divers réseaux nationaux et internationaux. Il repose sur une démarche valeurs, une approche processus et une vision systémique. Il met en évidence la nécessité de repenser la performance des organisations faisant face à ce nouveau contexte, à travers leur création de valeurs au pluriel (scientifiques, économiques, sociétales, éthiques, environnementales...), de façon à prendre en compte les aspects multi parties prenantes et multicritère. Il propose une démarche intégratrice originale permettant de modéliser cette création de valeurs et d'adopter de nouveaux modes de conception des processus et de pilotage par les valeurs adaptés à ces organisations. Il aboutit à la mise en place d'un outil opérationnel d'aide au pilotage par les valeurs qui intègre ces propositions et qui permet de répondre de façon dynamique à un ensemble d'attentes de parties prenantes, en passant par l'implication de tous les acteurs de l'organisation dans son pilotage.

Les formes nouvelles de la concurrence imposent aux systèmes de production une flexibilité de plus en plus grande. Dans le cas de systèmes automatisés, les décisions prises lors de la conception vont fortement conditionner les possibilités du futur système ainsi que ses capacités d'adaptation aux changements, donc son degré de flexibilité. Le travail contenu dans ce mémoire s'attache précisément à l'étude de méthodes et d'outils d'aide à la décision pour la conception de systèmes de production. Le lecteur est d'abord introduit au domaine puis aux outils et méthodes utilisés. Le modèle d'atelier qui sert de support à la démarche est alors présenté : il est suivi d'une réflexion sur la construction des campagnes de simulations conduites à partir de ce modèle, réflexion concrétisée par la définition d'un module de génération automatique de plans de simulations associés au modèle d'atelier choisi. L'analyse des données utilisées comme méthode d'acquisition des connaissances sur le comportement des systèmes de production est ensuite envisagée : une méthode d'analyse est proposée et expérimentée. Ce travail a été développé avec le souci constant d'explorer les possibilités de l'analyse de données dans le domaine et d'évaluer ces possibilités sur la base de nombreuses expériences.

Le contexte dans lequel vivent les organisations évolue. Elles doivent faire face à quatre nouveaux enjeux principaux : l’appartenance à des pôles et réseaux, le centrage sur les connaissances et l’innovation, la responsabilité sociétale et l’intégration de nouveaux comportements au travail. Ces nouveaux enjeux font apparaître de nouvelles parties prenantes des organisations (pouvoirs publics, société, associations, communauté scientifique, entreprises partenaires…) et diversifient leurs attentes (création d’emplois, création de connaissances, protection de l’environnement…). Ainsi, les critères d’évaluation de la performance de ces organisations se multiplient et se diversifient. Les modes de conception et de pilotage existants doivent être adaptés. Ce travail met en œuvre une recherche-action au sein de la plateforme d’imagerie préclinique MIRCen (Molecular Imaging Research Centre) du CEA, appartenant au pôle de compétitivité Medicen Paris Region ainsi qu’à divers réseaux nationaux et internationaux. Il repose sur une démarche valeurs, une approche processus et une vision systémique. Il met en évidence la nécessité de repenser la performance des organisations faisant face à ce nouveau contexte, à travers leur création de valeurs au pluriel (scientifiques, économiques, sociétales, éthiques, environnementales…), de façon à prendre en compte les aspects multi parties prenantes et multicritère. Il propose une démarche intégratrice originale permettant de modéliser cette création de valeurs et d’adopter de nouveaux modes de conception des processus et de pilotage par les valeurs adaptés à ces organisations. Il aboutit à la mise en place d’un outil opérationnel d’aide au pilotage par les valeurs qui intègre ces propositions et qui permet de répondre de façon dynamique à un ensemble d’attentes de parties prenantes, en passant par l’implication de tous les acteurs de l’organisation dans son pilotage. / The context, in which organisations exist, is changing. They need to cope with four main issues: the belonging to clusters and networks, the focus on knowledge and innovation, the social responsibility and the integration of new behaviours at work. These new issues imply new stakeholders of organisations (such as authorities, society, associations, scientific community or business partners) and diversify their expectations (such as jobs creation, knowledge creation or environmental protection). Thus, the criteria which are necessary to evaluate properly the performance of organisations are multiplying and diversifying. Existing design and management ways must be adapted. This work carries out an action-research within the preclinical imaging platform MIRCen (Molecular Imaging Research Centre) of the CEA, which belongs to the Medicen Paris Region cluster and to other national and international networks. It is based on a values-oriented method, a process approach and a systemic view. It gives rise to the necessity of reconsidering the performance of the organisations which face this new context, through the creation of multiple kinds of values (such as scientific, economic, societal, environmental or ethical), in order to consider the multi-stakeholders and multi-criteria aspects. It proposes an original integrative approach, which enables to model this creation of values and to adopt new ways to design processes and to manage by values, suited to these organisations. It leads to the setting up of an operational management support tool, which enables to carry out these propositions and to meet dynamically a group of stakeholders’ expectations, involving the active implication of all actors of the organisation in its management.

Mes travaux ont pour but le développement de nouveaux outils de modélisation et de conception de capteurs MEMS, qui répondent aux problèmes intrinsèques aux MEMS (couplage multi-physique, non-linéarité, incertitudes) par des moyens adaptés. L'impossibilité de transposer directement des méthodes macroscopiques à un contexte MEMS motive une grande partie de mon travail.<br />Le présent texte a pour objectif d'exposer mes contributions aux domaines de la modélisation, de la simulation et de l'aide à la conception des MEMS. Il s'articule comme suit : <br />• Au premier chapitre, un panorama du domaine des MEMS et de leur physique est ébauché. Les difficultés dont il a été question plus haut y sont mises en relief.<br />• Le deuxième chapitre porte sur le traitement du couplage entre phénomènes physiques, dans un contexte de modélisation. Mes travaux de thèse y sont présentés. Ce chapitre aborde aussi le thème de la non-linéarité, inhérente à la physique des MEMS, dont le traitement, en simulation, s'apparente à celui du couplage.<br />• Le troisième chapitre montre comment les incertitudes et non-linéarités intrinsèques aux MEMS et les contraintes de la micro-électronique imposent le choix de certaines architectures de microsystèmes. Des méthodes d'identification à partir de données binaires, ainsi que plusieurs méthodes d'analyse des systèmes mixtes à comparateurs, y sont présentées. <br />• Enfin, au quatrième chapitre, je donne quelques pistes de développement de ces travaux.

Dans le but de réduire la consommation d’énergie et d’augmenter la part des énergies renouvelables, la conception optimale des futurs bâtiments (bâtiments intelligents) apparaît comme un facteur important. Cette thèse vise donc à développer des modèles, des méthodes innovantes d’aide à la conception pour ces bâtiments. Notre nouvelle approche de conception est une optimisation globale et simultanée de l’enveloppe, des systèmes énergétiques et de leurs stratégies de gestion dès la phase d’esquisse, qui prend en compte plusieurs critères de coût (investissement et exploitation) et de confort (thermique, visuel et aéraulique). Le problème d’optimisation multi-objectif est donc un problème de couplage fort de grande taille avec de nombreuses variables et contraintes, qui induisent des difficultés lors de sa résolution. Après avoir fait des analyses sur des cas tests, une méthode d’optimisation d’ordre 1 est choisie, en association à des modèles analytiques dérivés formellement de manière automatique. Notre méthodologie est appliquée à la conception de maisons individuelles, et plus particulièrement des maisons à énergie positive. Les résultats obtenus par cette approche globale apportent des informations importantes aux concepteurs pour l’aider à faire des choix en phase amont du processus de conception. / In order to reduce the energy consumption and to increase the use of renewable energy, the optimal design of future buildings (smart-buildings) appears as an important factor.This thesis aims to develop models, innovative methods aiding decision-making during the design of buildings. Our approach of design is a global and simultaneous optimization of envelope, energy systems and their management strategies from the sketch phase, which takes into account multi-criterions of costs (investment et exploitation) and comforts (thermal, visual, aeraulic). The multi-objective optimization problem is so a strong coupling problem of large scale with a lot of variables and constraints, which leads to difficulties to solve.After the tests, an optimization method of order 1 is chosen in combination with analytical models formally derived automatically. Our methodology is applied to the design of individual houses, especially positive energy houses. The results of this global approach provide important information to designers to help make choices from the preliminary phase of the design process.

L’objectif de ces travaux est de développer une méthode d’aide à la conception des réseaux de chaleur urbains (RCU). Cette méthode utilise un modèle de type MINLP (Mixed Integer Non Linear Programming) pour l’optimisation simultanée de la configuration et du dimensionnement d’un RCU. Aux variables continues pour l’aide au dimensionnement (température, vitesse, diamètre, aire des échangeurs), s’ajoutent des variables binaires aidant à définir la configuration du réseau (maillage et choix des technologies). La fonction objectif à minimiser est le coût total (capex et opex), qui est soumise à un ensemble de contraintes non linéaires (p. ex. pertes thermiques et de charge, bilans). La méthode développée dans ce manuscrit offre la possibilité de connecter en cascade des consommateurs n’ayant pas les mêmes besoins en température, et de réaliser des réseaux bouclés (une canalisation par tranchée). Elle permet aussi de choisir : les consommateurs à connecter au RCU, le ou les sites de production ainsi que le type de technologie utilisée. Enfin la bonne prise en compte de la physique permet de choisir le meilleur compromis entre pertes thermiques et pertes de charge, sur une large gamme de température. Cette formulation permet donc d’optimiser des réseaux de 4éme génération et de démontrer la rentabilité de l’intégration d’EnR&R sur le long terme (30 ans). Un premier travail est réalisé afin de proposer une méthodologie de résolution en plusieurs étapes permettant l’obtention de l’optimum global. Différents cas d’études académiques sont utilisés pour présenter les intérêts multiples de cette formulation. Enfin la comparaison avec un réseau existant a permis de démontrer la cohérence des résultats du modèle et a servi de base pour l’optimisation d’un cas d’étude de grande dimension. Plusieurs études de sensibilité post-optimale sont réalisées afin de démontrer l’intérêt de cet outil pour l’aide à la conception initiale ou l’extension de RCU existants. / The aim of this thesis is to develop a method that provides design assistance for District Heating Network (DHN). This tool allows simultaneously the optimization of the configuration and its sizing, thanks to an MINLP formulation (Mixed Integer Non-Linear Programming). Binary variables help to choose the optimal configuration (network layout and technologies of production), whereas continuous variables help DHN sizing (temperature, diameter, velocity, heat exchanger area, thermal generating capacity …). The objective function to minimize is the total cost (capex and opex), subjected to numerous nonlinear constraints (e.g. thermal losses, pressure drop, energy balance).This method enables to design temperature cascade between consumers, when consumer temperature requirements are different, and also looped network (only one pipe in one trench). It helps also the decision to connect (or not) consumers to the main network and also the location(s) and type(s) of the heating plant. Moreover, the arbitrage between heat losses and pressure drops is taken into account thanks to physical considerations (non-linear equations). Eventually, it is possible to design 4th generation DHN and prove their financial profitability over the long terms (30 years). First a multi-step resolution strategy is proposed to ensure finding global optimum of the complex MINLP problem. Then academic study cases are analyzed to underline the numerous assets of the formulation. Finally, the optimal design compared to an existing DHN ensures the consistency of the method and allows to build a study case at a wider scale, which can be solved thanks to the comprehensive strategy developed. The design assistance method is available for initial design as well as for extension of existing DHN.

Les réseaux de capteurs-actuateurs sans fils (WSANs) sont une technologie émergente dans divers domaines d'application tels que la surveillance, le contrôle du trafic, la domotique, etc. La conception et le développement d'applications utilisant ces technologies restent, cependant, une tâche difficile. En effet, la découverte des capteurs et actuateurs pertinents, et leur combinaison de manière appropriée pour atteindre un objectif spécifique n'est pas une tâche facile et nécessite plusieurs compétences détenues par différents acteurs. De plus, les environnements de capteurs/actuateurs sont par nature très dynamiques. En outre, les applications actuelles sont en général étroitement couplées à l'infrastructure sous-jacente, ce qui entrave leur réutilisation et la flexibilité aux changements.Dans cette thèse, nous présentons une approche orientée processus métier et services afin de permettre le développement des applications adaptables. Notre approche découple la logique de l'application et sa mise en œuvre : Un modèle est d'abord spécifié dans la phase de conception, comme un flux d'activités, et est ensuite déployé dans un environnement particulier. Découpler la logique d'une application et sa mise en œuvre permet d'une part d'apporter la réutilisation au niveau d'application et d'autre part d'adapter la même application à différents environnements et situations. Pour aider les concepteurs à spécifier des nouvelles applications WSANs, nous proposons deux méthodes: 1) la réutilisation d'activité et d'orchestration par le biais des flux de données, et 2) la recommandation d'activité par le biais des flux de contrôle. En outre, la même technique de recommandation fournit la tolérance de panne permettant à une application WSAN de s'adapter aux changements dus aux défaillances des capteurs ou/et actuateurs ou à des violations des contraintes. Notre approche a été validée par des cas d'utilisation réalistes mis en œuvre dans le cadre de la plateforme européenne de VITRO et la plate-forme ZODIANET. / Wireless Sensor and Actuator Networks (WSANs) is an emergent technology for various application areas such as security and surveillance applications, traffic control, energy control, etc. Designing and developing applications using these technologies remain, however, a challenging task. Indeed, finding the relevant sensors and actuators, and combining them in a proper way in order to achieve a specific goal is not an easy task and requires several skills detained by different stakeholders. Moreover, sensor/actuator environments are inherently highly dynamic. Furthermore, current applications are in general tightly coupled to the underlying infrastructure which hampers their reuse and flexibility to changes.In this thesis, we present a process-oriented and service-based approach for supporting the development of adaptive WSAN applications. Our approach decouples between the application logic and its implementation. A design-time model is first specified, as a flow of activities, which is then deployed in a particular environment. Decoupling the application logic from its implementation enables on one hand to foster the reuse at the application level and on the other hand to adapt the same application to different environments and situations. To assist designers in specifying new WSAN applications, we propose two methods: 1)activity and orchestration reuse through data flows, and 2)activity recommendation through control flows. Moreover, the same recommendation technique enables providing fault-tolerant mechanism enabling a WSAN application to adapt to changes due to sensor failures or constraints violation. Our approach has been validated by realistic use cases that have been implemented in the context of the European project VITRO platform and the Zodianet platform.

La population mondiale fait face, globalement, à une urbanisation expansive. Cet étalement urbain, souvent mal contrôlé, menace aussi bien l’environnement que la santé, la qualité de vie et la sécurité alimentaire des humains. Il est possible de le limiter en lui préférant la densification urbaine. Néanmoins, la complexité des phénomènes en jeu dans un tel contexte nous incite à penser que les responsables d’opérations de densification urbaine ont besoin d’outils pour les aider à faire les choix les plus pertinents possibles. Dans un premier temps, l’état de l’art présenté dans cette thèse montre que l’outil idéal n’existe pas, et que l’optimisation multicritère par algorithme génétique est une technique adaptée à l’aide à la conception de bâtiments. Les caractéristiques souhaitables pour une méthode d’assistance des concepteurs de projets de densification urbaine sont alors précisées. Nous recommandons de baser cette méthode sur le couplage entre un algorithme génétique et un outil capable de réaliser des simulations thermiques dynamiques (STD) de quartiers. Les capacités des logiciels de STD Pleiades+COMFIE (P+C) et EnergyPlus (E+) sont situées par rapport à ces exigences, puis un premier test d’optimisation d’un projet de densification urbaine en associant EnergyPlus à un algorithme génétique est présenté. Certaines lacunes de cette méthode peuvent être comblées par la plateforme en cours de développement dans le projet ANR MERUBBI. Dans un second temps, nous analysons donc les résultats d’une étude comparative entre P+C, E+ et l’outil MERUBBI, menée sur un projet de densification d’un îlot à forte densité urbaine. Ils montrent que ce dernier est fiable et particulièrement pertinent pour l’évaluation précise des interactions entre bâtiments. Dans un troisième temps, nous abordons la problématique de la diminution des temps de calcul, enjeu crucial pour que notre méthode d’aide à la conception soit réellement accessible aux professionnels du bâtiment. Nous proposons une technique de réduction de la période de simulation que nous présentons en détail. Enfin, la méthode d’optimisation développée est appliquée à la résolution de différents problèmes de conception du projet sus-cité, en utilisant E+. Nous montrons en quoi l’utilisation de l’outil MERUBBI enrichira cette approche, avant de conclure sur des perspectives de développement de notre méthode pour améliorer son interactivité. / The world’s population is facing an expansive urbanization. This urban sprawl, which is often not well managed, is endangering the environment as well as human health, quality of life and food security. It can be controlled by favouring urban densification. Nonetheless, the complexity of the phenomena involved in such a context leads us to think that supervisors of urban densification operations need some tools to help them make the most relevant choices. This thesis begins with a literature review that shows the ideal tool does not exist, and explains why multi-objective optimization using a genetic algorithm is a suitable technique for building design aid. Then we clarify the desirable features of an assistance method for urban densification projects designers. We recommend to base this method on the coupling of a genetic algorithm with a district-scale dynamic thermal simulation (DTS) tool. We compare capabilities of EnergyPlus (E+) and Pleiades+COMFIE (P+C) DTS software with these requirements, then we present a first urban densification project optimization test associating EnergyPlus with a genetic algorithm. The platform under development in the ANR MERUBBI project can offset certain shortcomings of this method. Hence, in a second phase we analyze the results of a comparative study of P+C, E+ and the MERUBBI tool, carried out using a high-density district densification project as a test case. It shows that the latter is reliable and particularly relevant to precisely assess interactions between buildings. In a third phase we address the problematic of reducing the computing time, a major issue to make our design aid method truly accessible to building professionals. We propose a way of reducing the operating period length and present it in detail. Finally, our optimization method is used to solve various design problems of the above-mentioned project, using E+. We show how the use of the MERUBBI platform will enrich this approach before concluding with development ideas to make our method more user-friendly and interactive.