Les entreprises qui exploitent les réseaux de chaleur fournissent un service énergétique à leurs clients. Face à l’augmentation des coûts de l’énergie et aux contraintes réglementaires et sociétales de plus en plus strictes, ces industriels distributeurs d'énergie cherchent à maîtriser l'efficacité énergétique de leurs installations notamment pour améliorer leur compétitivité et leur image. Dans ce contexte, l’industriel doit suivre l’efficacité énergétique et l'état de santé de l’installation, afin de pouvoir réagir en cas de problème, en particulier en effectuant ou en planifiant des opérations de maintenance. En raison du volume important de données à traiter et du temps de réaction court souhaité, il est nécessaire de développer des méthodes efficientes permettant d’aider l’opérateur à suivre l’état de santé du système, et à prendre ainsi les décisions de maintenance nécessaires. L'approche d'aide à la décision que nous proposons s'appuie sur des indicateurs pertinents de l'état de santé de l'installation et des composants, dont les évolutions sont facilement interprétables par l'opérateur. Les modèles de comportements des équipements des réseaux de chaleur sont utilisés d'une part pour générer ces indicateurs, d'autre part pour établir les liens entre les défauts de ces équipements et leurs impacts sur l’efficacité énergétique du réseau de distribution. Ces liens sont analysés pour chercher les sous-systèmes surveillables, vérifier si les défauts à surveiller sont structurellement détectables et guider la génération des indicateurs. Des modèles statiques sont retenus pour leur généricité, leur facilité d’élaboration, de calcul et d’interprétation. Les indicateurs générés en utilisant des modèles statiques doivent être calculés lorsque le système fonctionne en état stationnaire. Pour cette raison, nous proposons une méthode pour rechercher les fenêtres temporelles durant lesquelles le fonctionnement est stationnaire. Les indicateurs calculés sur ces fenêtres temporelles sont ensuite analysés pour donner à l'opérateur des informations sur l'état de santé du système. L’analyse structurelle montre qu'un indicateur peut être sensible à différents défauts, et qu'un défaut peut influencer les valeurs de plusieurs indicateurs. Les évolutions de ces indicateurs peuvent donc être corrélées. Afin d’exploiter les informations des corrélations des évolutions des indicateurs pour isoler les défauts, les valeurs des indicateurs sont traitées dans l’espace des indicateurs. Nous proposons une méthode de clustering dynamique afin d'aider l'opérateur à suivre l'état de santé du réseau. La démarche proposée est appliquée sur un site industriel géré par Veolia, partenaire industriel de cette thèse. Le suivi de l’état de santé est réalisé en utilisant les données enregistrées sur le site durant deux mois. Les résultats obtenus montrent l'efficacité des outils et méthodes proposés. / Companies managing district heat networks, provide energy services to customers. Faced with rising energy costs and increasingly stringent regulatory and societal pressures, these energy service companies are seeking to control the system energy efficiency, aiming at improving their competitiveness and social image. In this context, the industrial needs to monitor the energy efficiency of the energy distribution system and its health state, in order to perform maintenance operations in case of problems. Due to the large amount of data and the desired short reaction time, it is necessary to develop methods to support the operator in the health state monitoring and in the maintenance decision-making process. These methods aim at providing appropriate health indicators of system's components, whose evolutions are easy to be interpreted by operators. Behavioral models of heat networks are used on the one hand to generate these indicators, and on the other hand to establish the links between component faults and their impacts on energy efficiency of the network. These links are analyzed to search for monitorable subsystems, i.e. to verify whether the faults to be monitored are structurally detectable, and to guide the indicators generation. Static models are retained for their genericity, simplicity of development, of calculation and of interpretation. Indicators generated using static models must be calculated when the system is operating in steady state. For this reason, we propose a method to determine the steady state time-windows. The computed indicators are then analyzed to give to the operator an information on the system's health state. Structural analysis shows that an indicator can be sensitive to different faults, and that a fault can influence the values of several indicators. The evolutions of these indicators can therefore be correlated. In order to use the information of the correlation between the indicators to isolate the fault,indicators values are analyzed in the space of indicators. We propose a dynamic clustering method to help the operator to monitor the health state of the network.The proposed approach is applied on a heat network plant managed by Veolia, the industrial partner of this thesis, using the data recorded during two months. The results show the efficiency of the proposed tools and methods.

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

Ce sujet de thèse concerne le développement d’analyse des propriétés structurelles en interaction avec des indicateurs de fiabilité. Notre étude porte sur des systèmes structurés (linéaire, bilinéaire ou linéaire à commutations), ces derniers doivent vérifier quelques propriétés importantes pour l’accomplissement de leur mission. Ces propriétés dépendent de la structure du système, d’où l’appellation "propriétés structurelles". La structure du système peut être représentée par un graphe composé de sommets et d’arcs. La vérification des propriétés structurelles dépend principalement de 4 conditions élémentaires de connectivité, de lien, de distance et de couplage complet. Nous avons développé des algorithmes permettant de les exprimer sous forme d’expressions booléennes basées sur les arcs du graphe représentant le système. Nous considérons que chaque arc est lié aux composants du système. Une défaillance au niveau des composants peut provoquer la modification de la structure du système, et donc peut rendre une propriété structurelle insatisfaite. Ainsi, les propriétés structurelles sont écrites sous forme d’expressions booléennes basées sur l’état de fonctionnement des composants. En utilisant les expressions booléennes associées aux propriétés structurelles, leur fiabilité et/ou disponibilité peut être calculée sachant les caractéristiques de sûreté de fonctionnement des composants du système. À travers cette étude, nous pouvons vérifier si, pendant le temps de mission du système, une propriété structurelle restera satisfaite et/ou respectera un niveau de performance exigé par un cahier des charges. / This thesis concerns the development of analysis of structural properties in interaction with indicators of reliability. Our study focuses on (linear, bilinear or switching) structured systems, they must verify some important properties for the accomplishment of their mission. Properties depend on the structure of the system, hence the term "structural properties". The structure of the system can be represented by a graph consisting of vertices and edges. Verification of structural properties depends mainly on four basic conditions of connectivity, link distance and complete linkage. We have developed algorithms to express the form of Boolean expressions based on the edges of the graph representing the system. We consider that each edge is linked to the system components. A failure at the component level can cause changes in the structure of the system, and therefore can make a structural property unsatisfied. Thus, the structural properties are written as boolean expressions based on the operating state of the components. Using boolean expressions associated to the structural properties, reliability and / or availability can be calculated knowing the characteristics of the system components. Through this study, we can check if during the mission time of the system, a structural property remain satisfied and / or comply with a level of performance required by the specifications

Le développement rapide des systèmes embarqués et les exigences croissantes auxquelles ils sont soumis créent un besoin de techniques innovantes en terme de conception, de vérification et de validation. Les méthodes formelles fournissent des approches intéressantes à la conception de ces systèmes, notamment pour des études de sûreté de fonctionnement (SdF). Le formalisme choisi est basé sur les Réseaux de Petri Colorés (RdPC). L'avantage de ces modèles, en plus d'être très expressifs et formels, est qu'ils permettent d'exprimer le double caractère des systèmes étudiés : statique et dynamique. Le défi relevé par cette thèse est d'utiliser des modèles établis, décrivant l'architecture et/ou le comportement de systèmes, pour en extraire des informations de SdF en général et de diagnostic de défaillances en particulier. L'approche proposée est une analyse structurelle par accessibilité arrière de RdPC. Elle peut être décomposée en deux parties. La première consiste en la proposition d'un outil pour réaliser cette analyse : le RdPC inverse. Il est obtenu grâce à l'application de transformations structurelles sur le RdPC original. La seconde partie est la mise en \oe uvre de l'analyse. Cette partie requiert des mécanismes complémentaires dont le plus important est l'enrichissement du marquage. L'approche proposée est étudiée de deux points de vue complémentaires : algorithmique et théorique. Le point de vue algorithmique consiste à proposer des modèles de transformations pour l'inversion des RdPC et la mise en \oe uvre de l'analyse. L'aspect théorique vise à offrir une base formelle à l'approche en appliquant deux méthodes (l'algèbre linéaire et la logique linéaire) pour prouver notre approche.

Dans ce travail, on étudie les problèmes de localisation et de classification des capteurs pour des propriétés génériques - propriétés valables pour presque toutes les valeurs des paramètres. Lorsqu'une propriété donnée du système n'est pas vérifiée avec l'ensemble des capteurs, on cherche à implanter de nouveaux capteurs pour rendre la propriété vraie. Lorsqu'une propriété est vérifiée avec l'ensemble des capteurs existants, on classe les capteurs en fonction de leur criticité relativement à la propriété. La thèse caractérise les capteurs essentiels, ceux qui doivent être sans défaut. La défaillance d'un de ces capteurs essentiels fait perdre la propriété. Les capteurs inutiles qui peuvent tomber en panne sans aucun impact sur la propriété sont également caractérisés. Cette approche a été appliquée à deux propriétés: l'observabilité et le rejet de perturbation par retour de mesure. Tous les résultats ont été obtenus par une approche graphique et sont simple à implanter numériquement.

Les travaux présentés concernent le développement d'outils d'analyse par approche graphique de propriétés structurelles liées à l'observabilité et à la problématique du diagnostic pour les systèmes linéaires et bilinéaires.<br />L'originalité des approches graphiques est de fournir des résultats de faible ordre de complexité et très aisément interprétables. Ainsi, les méthodes proposées sont applicables à des systèmes de grande taille et ce dès la phase de conception car ne nécessitant pas la connaissance exacte des paramètres physiques caractérisant le modèle du système considéré. En effet, seule la connaissance de la structure des systèmes est nécessaire pour la mise en œuvre des outils d'analyse proposés.<br />Ainsi diverses propriétés liées à l'observabilité et à la détection et localisation de défauts ont été caractérisées graphiquement pour des systèmes linéaires standards ou singuliers ainsi que pour des systèmes bilinéaires. Des algorithmes de placement de capteurs pour le recouvrement de la propriété d'observabilité totale ou partielle ont aussi été proposés. Par ailleurs, la majorité de ces résultats et certains autres concernant les systèmes linéaires ont été implémentés et regroupés dans un logiciel ouvert développé sur plateforme libre.<br /><br />Quelques idées pour l'extension de ces résultats à des structures de systèmes plus complexes sont proposées comme perspectives à ces travaux.

Des modules de supervision à base de modèle Bond Graph (BG) sont conçus pour les procédés énergétiques présents dans les industries à risques. Le BG comme outil multidisciplinaire est bien adapté à cause de la mise en jeu des énergies de nature diverse. Cet aspect de couplage (énergie, chimique...) rend les modèles dynamiques fortement non linéaires.<br />La génération systématique de modèles linéarisés des procédés complexes est considérée, le BG global d'une installation est directement obtenu à partir du Plan d'Instrumentation Détaillé (PID). Ces modèles sont valides car les processus thermofluides réels sont en général régulés autour d'un point de fonctionnement.<br />Les paramètres (coefficients hydrauliques, coefficients d'échange thermique...) n'étant pas toujours connus, la détermination directe des propriétés structurelles (commandabilité, observabilité, surveillabilité) des BGs sans<br />calcul préalable est utile pour la FDI (Fault Detection and Isolation).<br />Dans un premier temps, les modèles linéarisés sont exploités pour l'étude de la surveillance. Avant n'importe quelle implémentation industrielle (ou ajout de capteurs), la surveillabilité des composants, des actionneurs et des capteurs est considérée sans générer les Relations de Redondance Analytiques (RRA).<br />Dans un second temps, le modèle bond graph non linéaire est utilisé pour la conception des systèmes de<br />surveillance. En génie des procédés, il est possible d'identifier la catégorie des composants (actionneurs<br />hydrauliques, capteurs thermiques, etc..) à laquelle appartient l'élément défaillant. La surveillabilité de défauts simultanés d'actionneurs est considérée par une approche de platitude directe et générique.

Cette thèse s'inscrit dans le cadre de la conception de systèmes mécatroniques et traite plus spécifiquement du problème de leur dimensionnement. Dans ce sens, elle s'intéresse aux méthodes permettant de sélectionner les composants constituant leurs chaînes d'actionnement afin de satisfaire au mieux un cahier des charges donné. Puisque les lois concurrentielles actuelles demandent un renouvellement fréquent des produits malgré une complexité toujours croissante, les démarches adoptées pour traiter ce type de problème se doivent d'être les moins coûteuses en termes financiers mais aussi en termes de temps d'étude. Pour diminuer le nombre d'itérations du processus de conception, une solution possible est de reformuler le problème sous la forme d'un problème inverse où les inconnues du problème de dimensionnement sont directement calculées à partir des spécifications du cahier des charges sur les sorties du système. Dans cette optique, le laboratoire Ampère propose une méthodologie de dimensionnement par modèles bond graph inverses. L'objectif de cette thèse est de contribuer au développement de cette méthodologie d'une part dans sa phase d'analyse structurelle (phase permettant de vérifier avant toute simulation si le problème inverse est correctement posé) puis, d'autre part, dans sa phase de dimensionnement (phase durant laquelle l'inversion du modèle est effectivement mise en œuvre puis exploitée). Concernant la phase d'analyse structurelle, le mémoire s'attache à détailler les mécanismes d'une telle analyse dans le langage bond graph mais vise aussi à préciser son domaine de validité. Pour cela, une comparaison de l'approche bond graph aux approches Modelica, système structuré et modèle d'état permet de mettre en évidence l'existence de plusieurs niveaux d'information et de description sur le système. Selon l'exploitation ou non de ces différents niveaux d'information et de description, plusieurs niveaux d'analyse sont ensuite proposés : le niveau structuré, le niveau BG-structurel et le niveau comportemental. Il est également montré comment ces différents niveaux d'analyse peuvent être mis à profit dans une démarche de conception et comment ceux-ci permettent de reformuler certaines propriétés bond graph selon la phase de conception dans laquelle nous nous trouvons les propriétés au niveau d'analyse BG-structurel permettent d'infirmer ou de valider l'architecture du système). Concernant la phase de dimensionnement, le mémoire aborde le cas où le problème de dimensionnement ne peut se formuler complètement sous la forme d'un problème inverse et où la méthodologie ne peut s'appliquer directement. Pour cela, le problème de la représentation bond graph d'un problème d'optimisation dynamique est étudié afin de traiter des spécifications qui ne peuvent s'exprimer sous forme de fonctions dépendant explicitement du temps. Une procédure bond graph d'optimisation est à cette fin reprise puis étendue notamment à une classe de systèmes non linéaires. Enfin, un exemple de couplage entre méthodologie de dimensionnement et optimisation dynamique est effectivement mis en œuvre jusqu'à l'obtention de résultats numériques afin d'illustrer la faisabilité de la méthodologie tout au long du processus de conception.

Nous présentons dans cette thèse une méthode complète de reconnaissance de partitions musicales imprimées, dans le cas monodique. Le système procède en deux phases distinctes : - La segmentation et l'analyse des symboles (essentiellement par corrélation), conçues pour surmonter les difficultés liées aux interconnexions et aux défauts d'impression, aboutissant à des hypothèses de reconnaissance. - L'interprétation de haut niveau, fondée sur une modélisation floue des informations extraites de l'image et des règles de notation, menant à la décision. Dans cette approche, la décision est reportée tant que le contexte n'est pas entièrement connu. Toutes les configurations d'hypothèses sont successivement évaluées, et la plus cohérente est retenue, par optimisation de tous les critères. Le formalisme utilisé, fondé sur la théorie des ensembles flous et des possibilités, permet de prendre en compte les différentes sources d'imprécision et d'incertitude, ainsi que la souplesse et la flexibilité de l'écriture musicale. Afin de gagner en fiabilité, nous proposons également des méthodes d'indication automatique des erreurs potentielles de reconnaissance, ainsi qu'une procédure d'apprentissage, optimisant les paramètres du système pour le traitement d'une partition particulière. Les performances obtenues sur une large base de données ont permis de montrer l'intérêt de la méthode proposée.

L’objectif de cette étude est de montrer – par une analyse rigoureuse des principes harmoniques qui gouvernent les multiples sections du tryptique pour piano Masques Op. 34 de Karol Szymanowski – qu’au-delà d’une apparente hétérogénéité de surface, le discours musical est organisé de façon cohérente et subtile par l’interpénétration du niveau de perception immédiate du corps sonore et du niveau infra-sensible qui procède de l’ordre des fondamentales harmoniques. Cette thèse propose également des conseils d’interprétation, déterminés par l’expérience analytique. / The purpose of this study is to show—by means of a rigorous analysis of the harmonic principles which govern the multiple sections of the piano triptych Masques Op. 34 of Karol Szymanowski — that beyond the apparently heterogeneous surface the musical discourse is subtly and coherently organised by the interpenetration of two layers: the immediate perception of sound structure and the underlayer which proceeds from the order of the harmonic fundamentals. This thesis also proposes suggestions for interpretation, determined by the analytical experience.