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

Le diagnostic des systèmes automatiques consiste à remonter des symptômes perçus vers les causes. Les méthodes de diagnostic à base de modèle utilisent un modèle mathématique explicite du processus. Les synthèses modernes de génération de résidus demandent une connaissance très fine du système à commander ou à diagnostiquer. L'écriture des modèles les plus précis demande une compréhension en détail des mécanismes et utilise les lois de la Physique. Les modèles obtenus de cette façon font intervenir des paramètres physiques qui, par définition, sont mesurables par des expériences non nécessairement en rapport avec la façon d'utiliser le système. Cependant, dans certains cas pratiques, ces paramètres ne peuvent pas être évalués a priori. Par ailleurs, la fiabilité donnée par les modèles de connaissance est en général accompagnée par l'inconvénient d'une trop grande complexité. Ce travail contribue à développer une nouvelle approche algébrique et déterministe de diagnostic qui ne suppose pas l'existence a priori d'un modèle explicite du système et qui présente un nouveau point de vue basé sur la théorie des distributions et l'analyse du pseudospectre de faisceaux de matrices. Notre démarche s'inspire de certains outils et développements de la théorie de l'estimation algébrique courants en automatique mais très peu usuels en traitement du signal. Le principal atout de cette approche est qu'il est possible, sous certaines hypothèses, de détecter, localiser et identifier les défauts à l'aide des seules mesures de la commande et de la sortie sans avoir à identifier les paramètres du modèle / The fault diagnosis in automatic systems is to trace perceived symptoms to causes. Most of model-based methods are based on the concept of analytical redundancy. The analytical redundancy relations are equations derived from an analytical model, which admits as input only the measured variables. Other classes of model-based methods are based directly on the parameter estimate. The modern syntheses of residuals generation require very detailed knowledge of system to control or to diagnose. Writing the most accurate models require a deep understanding of mechanisms and uses law of physics. The models obtained this way are called knowledge-based models. They involve physical parameters which, by definition, are measurable by experiments which are not necessarily related to how to use the system. However, in some practical cases, these parameters can be evaluated a priori. Moreover, the reliability provided by the knowledge-based models is usually accompanied by the disadvantage of excessive complexity. These models may not be used in practice and we must often reduce the complexity. This work contributes to develop a new algebraic and deterministic approach of fault diagnosis, which is not based on an a priori explicit model of the process and presents a new perspective based on the theory of distributions and the pseudospectra analysis of matrix pencils. Our approach is based on certain tools and developments in the theory of algebraic estimation usual in automatic community but very unconventional in signal processing

Ce travail a pour objectif de développer des techniques de surveillance non-invasives sur des machines électriques tournantes de sorte que leurs mises en place soient aisées en environnement industriel. A cet effet, deux méthodes indépendantes sont décrites dans ce mémoire : un diagnostic de défaillances électriques dans des alternateurs connectés au réseau et une étude exploratoire afin d'évaluer la température interne de machines électriques industrielles.La première méthode repose sur l'analyse de deux grandeurs physiques : le champ magnétique rayonné à l'extérieur de la carcasse et les vibrations de la machine tournante. Des modèles mathématiques ont été développés afin de corréler des phénomènes magnétiques et mécaniques qui interviennent dans trois états de la machine : sain et en deux défauts de courts-circuits au stator et au rotor. Ces résultats ont ensuite été validés expérimentalement en laboratoire ainsi que sur des machines de grande puissance en environnement industriel. Un prototype de diagnostic capable de réaliser un examen de défaillance de courts-circuits sur des machines à fort courant a été proposé.Dans un deuxième temps, la méthode d'estimation de la température s'appuie sur des constats relatifs à la variation des caractéristiques des matériaux qui composent un enroulement lorsque la température augmente. Ainsi, la localisation des fréquences de résonances de l'impédance sont impactées. Ce dernier constat a été vérifié expérimentalement.Ce travail de thèse a permis de vérifier la faisabilité des méthodes de diagnostic et de surveillance en ligne dans des machines tournantes avec un minimum d'intrusivité, ceci dans un environnement industriel. / This work aims to develop non-invasive monitoring techniques on AC rotating machines so that their implementation is easy in an industrial environment. For this purpose, two independent methods are described: a fault diagnosis in alternators connected to the local power gird and an exploratory study to evaluate the internal temperature of AC rotating machines.The first method relies on the analysis of two physical magnitudes: the stray magnetic field radiated outside from the external frame and the vibrations content of machine structure. Mathematical models have been developed in order to correlate magnetic and mechanical phenomena which occur in three different machine states: healthy and in two winding short-circuit faults both in the stator and in the rotor. These results were then validated experimentally in laboratory as well as on large machines in industrial environment. A first diagnostic prototype is presented capable to be implemented in industrial environment in order to detect short-circuit faults in larges alternators.In a second time, a temperature estimation method is proposed based on observations concerning variations in material characteristics of windings as temperature increases. Thus, the localizations of impedance resonant frequencies are impacted, which was verified experimentally as well.This thesis work allowed to verify diagnostic feasibility and on-line monitoring methods in rotating machines in a non-invasive way in industrial environments.

Dans cette thèse, nous nous intéressons au comportement asymptotique des distributions de coûts associés à des algorithmes d'Euclide de la classe rapide. Nous commençons dans un premier chapitre par des rappels sur les propriétés dynamiques des systèmes euclidiens et introduisons la propriété de moments forts pour les coûts additifs non-réseau. Nous établissons ensuite la condition de coût fortement diophantien et montrons sa généricité. Dans le deuxième chapitre, nous analysons, en adaptant des techniques de Dolgopyat-Melbourne, des perturbations d'opérateurs de transfert associés à des applications de la bonne classe. Ces résultats sont utilisés dans le troisième chapitre pour obtenir des estimations sur la fonction génératrice des moments où nous montrons sa quasi-décroissance exponentielle. <br /><br />Le dernier chapitre est consacré aux démonstrations de téorèmes de la limite locale. Le premier théorème est sans vitesse de convergence et concerne tous les coùts non-réseau ayant des moments forts à l'ordre trois. La condition diphantienne nous permet ensuite d'établir un théorème de la limite locale avec contrôle de la vitesse de convergence. Pour des observables suffisament régulières, nous obtenons une vitesse de convergence optimale.

L'objet de cette étude est la résolution d'un problème inverse inédit, à savoir la localisation d'un avion supersonique à partir de signaux acoustiques enregistrés par une station de mesure unique. La distance de l'aéronef à la station de mesure est a priori inconnue, mais peut varier de quelques dizaines à quelques centaines de kilomètres ou davantage. Les signaux exploités à l'occasion de ce travail se situent généralement dans la gamme infrasonore, au-dessous de 20 Hz voire de 10 Hz. L'ONERA ayant mené des campagnes de mesure en Bretagne lors des premiers vols commerciaux transatlantiques de l'avion Concorde, les premières exploitations ont consisté à reprendre les données de ces campagnes et à développer à cette occasion un code de propagation acoustique basé sur la théorie des rayons. Le code de l'ONERA existant SIMOUN a été adapté en trois dimensions pour pouvoir tenir compte de la météorologie réelle et a reçu un certain nombre d'aménagements, dont le calcul de l'atténuation acoustique en fonction de la fréquence et la prise en compte de la rotondité de la Terre dont la négligence aurait entraîné des erreurs importantes aux grandes distances. Le calcul de niveau acoustique étant peu significatif aux distances considérées, des méthodes inédites basées sur l'analyse spectrale ont été développées. Associées à une technique de goniométrie basée notamment sur le calcul des fonctions d'intercorrélation temporelles, elles nous permettent de localiser l'avion supersonique en gisement-distance. Une première méthode, valable jusqu'à 200 kilomètres environ, est basée sur la divergence en fonction de la distance à l'aéronef de l'onde de pression en N correspondant au bang sonique. Il en résulte une modification du spectre en arche caractéristique de cette onde qui peut être corrélée avec la distance de propagation sous réserve de connaître l'onde en N initialement émise, reliée à la vitesse et à la géométrie de l'avion. Une seconde méthode beaucoup plus générale consiste à évaluer l'augmentation de la pente du spectre de l'onde en N, sachant que l'absorption atmosphérique, proportionnelle à la distance parcourue, augmente avec la fréquence et que la dissipation des effets non-linéaires a également tendance à augmenter la pente du spectre du signal. Cette méthode semble convenir pour des distances comprises entre 200 et 1000 km environ et présente l'avantage d'être indépendante des caractéristiques de la source sonore. Afin de pallier aux limitations de cette méthode, principalement liées au rapport signal sur bruit, l'analyse de signaux enregistrés en Suède à 3000 km de l'avion suggère d'utiliser pour les très grandes distances une méthode basée sur la durée totale du signal. Cette durée augmente en effet avec la distance, en rapport avec le phénomène classique de "rumble" qui transforme en roulement de tonnerre le signal impulsionnel émis par un coup de foudre.

Nos travaux contribuent au développement de la tomographie ultrasonore en champ proche appliquée à l'imagerie du sein. La direction suivie est l'extension de l'échographie radiaire à la tomographie ductale. Dans ce but, l'analyse spectrale par ondes planes est étendue à l'analyse spectrale par ondes elliptiques. Pour celle-ci, les fonctions de décomposition sont des ondes harmoniques à supports ellipsoïdaux caractéristiques des senseurs bistatiques ponctuels, i.e. les doublets élémentaires utilisés de manière intensive par la tomographie en diffraction. Une adaptation de la transformée de Radon permet de bénéficier d'algorithmes performants à base de Transformée de Fourier Rapide (FFT). L'utilisation de protocoles d'acquisition (balayages) spécifiques permet de séparer les paramètres physiques caractérisant les tissus : l'impédance, la vitesse du son, la compressibilité. Des corrections des distorsions géométriques et des effets de la diffraction sont introduites. Le caractère « passe-bande » de la chaîne de mesure est en partie compensé par des procédures de déconvolution. Des simulations numériques ont permis de valider les approches proposées dans un contexte idéalisé (simulations 2D, absence de bruit d'environnement). Ont été développés, notamment, des fantômes de seins en situations saine et en situation pathologique ; les reconstructions tomographiques et échographiques sont comparées.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Thèses (M.Sc.)--Université de Sherbrooke (Canada), 2000. / Titre de l'écran-titre (visionné le 17 juillet 2006). Publié aussi en version papier.

La fissure d'engrenages peut être considérée comme un défaut des plus compliqués à diagnostiquer car sa signature vibratoire n'est pas vraiment connue. En plus, l'intégration des fissures dans les modèles numériques n'est pas une tâche simple. D'autre part, le diagnostic des engrenages peut être fait dans le domaine temporel à travers des descripteurs statistiques ou dans le domaine fréquentiel grâce à l'analyse spectrale ou l'analyse cepstrale. Lors de l'apparition d'un défaut de fissure, des phénomènes non linéaires et non-stationnaires se manifestent ce qui rend les outils classiques de traitement du signal moins fiables. Dans ce manuscrit, nous répondons à toutes ces problématiques en développant un modèle d'engrenages à 6 DDL qui porte une fissure qui respire. Le modèle nous permet d'étudier la signature de la fissure et son effet sur les vibrations résultantes indépendamment de l'effet des autres composantes du système. Les résultats ont montré que la fissure conduit à une chute de la rigidité d'engrènement. En plus, la respiration de la fissure cause une fatigue dans le matériau ce qui engendre un terme aléatoire dans le signal vibratoire. La combinaison du terme aléatoire avec la composante périodique due à la rotation des arbres conduit à l'apparition de la cyclostationnarité d'ordre 2. Une étude comparative de sensibilité et de robustesse entre la transformée de Fourier rapide, la cyclostationnarité d'ordre 2 et les estimateurs de la phase instantanée (la transformée de Hilbert, estimation of signal parameters via rotational invariance techniques avec une fenêtre glissante, weighted least squares estimation et le scalogramme de phase) est effectuée pour la détection précoce des fissures. En plus, des essais expérimentaux ont été effectués sur un banc d'essais d'engrenages avec différentes dimensions de fissures. Les résultats théoriques et expérimentaux ont montré que l'analyse cyclostationnaire est la méthode la plus sensible et la plus robuste pour la détection précoce des fissures par rapport aux méthodes proposées. De plus, l'analyse de la phase instantanée donne également des résultats intéressants dans le cas des défauts de fissures. Nous avons montré que le scalogramme de phase est, a priori, plus performant que les autres approches / The gear crack is considered as the most complicated failure to diagnose because its vibration signature is not really known. In addition, the integration of crack defect in numerical models is not a simple task. On the other hand, gears diagnosis can be done in the time domain through statistical descriptors or in the frequency domain using spectral analysis or cepstral analysis. During the appearance of a crack defect, nonlinear and nonstationary phenomena occur which makes the classical tools of signal processing unreliable. In this manuscript, we respond to these challenges by developing a gear model of 6 DOF that has a crack that breathes. This allows us to study the signature of the defect in the resulting vibrations with a flexible way away from external vibrations. The results showed that the crack leads to a fall in the mesh stiffness. In addition, the opening and closing of the crack causes a fatigue in the material which generates a random term in the vibration signal. The combination of the random term with periodic component due to the rotation of the shafts leading to the appearance of second-order cyclostationary. A comparative study of sensitivity and robustness between the fast Fourier transform, second-order cyclostationary and estimators of instantaneous phase (the Hilbert transform, Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques with a sliding window, Weighted Least Squares Estimation and phase scalogramme) is performed for the early detection of cracks. In addition, experimental tests were carried out on a test-bench with different sizes of crack. The theoretical and experimental results showed that the cyclostationary analysis is the most sensitive and most robust method for the early detection of cracks in comparison with the other evaluated methods. Furthermore, the analysis of the instantaneous phase also gives good results in the case of crack defects. We have shown that the phase scalogramme is a priori more efficient than other approaches

On constate un regain d’intérêt pour l’étude des potentiels de champs extracellulaires (EFP). Trois principaux rôles fonctionnels des oscillations enregistrées dans le système nerveux ont été proposés : i) le codage d’informations spécifiques ii) la modulation des états attentionnels du cerveau, mais aussi iii) la création d’assemblées dynamiques. Je me suis intéressé aux EFP enregistrés dans les régions du néocortex, de l’hippocampe et de la VTA dans deux cadres expérimentaux dits “contrôlés” - afin de déceler des “motifs” oscillatoires spécifiques dans les mécanismes de mémorisations d’une situation stressante d’une part et dans les prises de décision sous incertitude d’autre part. Nous avons dans un premier temps enregistré et analysé l’activité dans les circuits dopaminergiques de la VTA, le PFC et l’OFC dans un paradigme permettant d’analyser le comportement de souris dans un cadre de prise de décision sous incertitude. Nous avons pu montrer dans un premier temps, que les circuits PFC, OFC et la VTA montrent des séquences d’activations et de synchronisations spécifiques selon le choix de l’individu, en condition incertaine. Dans un second temps, je me suis intéressé à mesurer, chez l’animal éveillé, les effets que pouvait engendrer une situation stressante sur le PFC et l’HPC en fonction de l’âge. Nos résultats mettent en évidence que les principaux effets mesurables aux niveaux des spectres de puissances s’expliquent par l’apparition d’activités électriques de fortes amplitudes dans la gamme (7-12 Hz), dont l’apparition varie en fonction de l’âge et du contexte (repos, stress). / Currently, there is a renewed interest in studying extracellular field potentials (EFP). This signal and the oscillations associated with it are the basis of many studies on the mechanisms underlying cognitive processes in cortical networks. Three key functional roles of oscillations recorded in the nervous system have been proposed: i) encoding specific information ii) modulation of attentional states of the brain, but also iii) creating dynamic assemblies. Although the interest for EFP continues to grow, the interpretation of these signals are sparse. During my prject I focused on the interpretation of EFP patterns under stress and uncertainty and specifically studied neocortex, hippocampus (HPC) and the ventral tegmental area (VTA) signals in these two experimental settings.Firstly, we recorded and analyzed the activity in the dopaminergic circuits including the VTA, PFC (prefrontal cortex) and OFC (orbitofrontal cortex) in a probabilistic decision-making paradigm for mice. We demonstrated that the PFC, OFC and VTA circuit shows specific time-dependent activation sequences depending on the anticipated choice per trial. Secondly, I was interested to measure, in awake animals, the effects caused by a stressful situation at different ages on the PFC and HPC signals. Our results demonstrate major effects at the level of the power spectral analysis. We identified that particularly high amplitudes in the range (7-12 Hz) vary according age and context (rest, stress).