L’objectif de ce manuscrit est de fournir une technique de commande tolérante aux défauts basée sur la platitude différentielle. Pour ce type de systèmes, il est possible de trouver un ensemble de variables, nommées sorties plates, tel que, les états et les entrées de commande du système puissent s’exprimer en fonction de ces sorties et d’un nombre fini de ses dérivées temporelles. Le bloc de détection et d’isolation doit assurer la détection du défaut le plus rapidement possible. Cette action est effectuée en exploitant la propriété de non-unicité des sorties plates. En effet, si un deuxième jeu de sorties plates peux être trouvé et si ce deuxième jeu n’est couplé avec le premier que par une équation différentielle, le nombre des résidus permettant la détection de défauts pourra être augmenté. La condition pour cela est que les deux jeux soient différentiellement couplés ce qui signifie qu’il existe une équation qui contienne des dérivées temporelles et qui couple un élément du premier jeu avec un élément du deuxième jeu de sorties plates. En conséquence le nombre de résidus disponibles pour la détection est supérieur au nombre que l’on aurait si on avait seulement un jeu des sorties plates.En ce qui concerne la reconfiguration, si le système plat satisfait les propriétés énumérées ci-dessus, nous obtiendrons autant de valeurs des états et des entrées que le nombre de jeux de sorties plates trouvés. En effet chaque entrée de commande et chaque état du système peuvent être recalculés en fonction des sorties plates. L’approche proposée fournit de cette manière un résidu prenant en compte une mesure calculée avec le vecteur plat contenant le défaut et une autre avec le vecteur plat libre de défaut. Les signaux redondants libres de défauts seront ainsi utilisés comme références du contrôleur de manière à ce que les effets du défaut soient masqués et ne rentrent pas la boucle de commande. Ceci sera utile pour fournir une stratégie de commande entièrement basée sur les systèmes plats.Les travaux présentés dans ce mémoire sont donnés sous l’hypothèse suivante: Les sorties plates sont fonctions de l’état du système, néanmoins dans ce manuscrit elles seront limitées à être directement une partie de l’état du système ou une combinaison linéaire d’entre eux. La boucle de commande est fermée avec un correcteur par retour d’état.Enfin pour les travaux réalisés en fin de manuscrit les sorties plates doivent pouvoir être mesurées ou reconstruites.Les défauts affectant les actionneurs sont considérés rejetés par le contrôleur, par conséquent la reconfiguration est seulement effectuée après la détection d’un défaut capteur.La faisabilité de l’approche proposée est analysée sur deux systèmes non linéaires, un drone quadrirotor et un système de trois cuves. / The objective of this Ph.D. work is to provide a flatness based active fault-tolerant control technique. For such systems, it is possible to find a set of variables, named flat outputs, such that states and control inputs can be expressed as functions of flat outputs and their time derivatives. The fault detection and isolation block has to provide a fast and accurate fault isolation. This action is carried out by exploiting the non-uniqueness property of the flat outputs. In fact, if a second set of flat outputs which are coupled by a differential equation of the first is calculated, bthe number of residues augments. Differentially coupled means that it exists an equation with time derivatives inside, that couple one element of the first set with one of the second. As a consequence of augmenting the number of residual signal more faults than in the one set case may be isolated.Regarding reconfiguration, if the flat system complies with the properties listed above, we will obtain versions of states and control inputs as much of flat output vectors, are found, because each control input and state is a function of the flat output. The proposed approach provides in this manner one measure related to a faulty flat output vector and one or more computed by using an unfaulty one. The redundant state signals could be used as reference of the controller in order to hide the fault effects. This will be helpful to provide an entirely flatness based fault-tolerant control strategy.The works presented in this manuscript are under the following hypothesis: The flat outputs are functions of the state of the system, however in this work the flat outputs are constrained to be states of the system or a linear combination of them.The control loop is closed with a state feedback controller.For purposes of this work flat outputs need to be measured.Faults affecting the actuators are considered rejected by the controller; by consequence reconfiguration is only carried out after a sensor fault occurs.Feasibility of the proposed approach is analyzed in two nonlinear plants, an unmanned quadrotor and a three tank system.

L'automatique est une discipline qui traite entre autres de la commande et du diagnostic des systèmes industriels. Une première étape à l'obtention de schémas de commande et de diagnostic est d'analyser les propriétés du système considéré. Les principales propriétés analysées sont la commandabilité, l'observabilité, la diagnosticabilité, la stabilité... Des critères, souvent basés sur des approches algébriques ou géométriques, permettent de caractériser ces propriétés. En outre, des travaux publiés dans les années 1970 ont permis d'introduire une nouvelle représentation de systèmes à base de graphes orientés. De ces travaux, il résulte que l'approche graphique fournit des solutions simples et est ainsi très bien adaptée pour analyser des systèmes de grande dimension et/ou incertains. Malheureusement, peu de travaux basés sur des méthodes graphiques traitent des systèmes non linéaires. Par notre travail, nous avons souhaité combler ce manque en étudiant les propriétés d'observabilité et de diagnosticabilité des systèmes bilinéaires structurés à l'aide d'une approche graphique. Des conditions graphiques nécessaires et suffisantes d'observabilité de l'ensemble et d'une partie de l'état d'un système sont formulées. Par la suite le problème de placement de capteurs est abordé afin de recouvrer les propriétés d'observabilité. Enfin, nous nous sommes focalisés sur la propriété de diagnosticabilité. Après avoir donné une condition graphique nécessaire et suffisante de solubilité du problème de détection de défauts, nous avons alors étudié différents cas particuliers de commande afin de donner des conditions de solubilité au problème actif de détection de défauts.

Durant les dix dernières années, l'imagerie médicale a profité pleinement de l'essor technologique des techniques d'imagerie numérique. Dans le domaine de la radiographie X, les nouveaux détecteurs, possédant un encombrement réduit et une meilleure sensibilité, détrônent progressivement les anciennes techniques à film ou à tube. Cette thèse, préparée en partenariat avec l'entreprise Trixell, leader mondial des détecteurs plats pour radiographie médicale, traite du contrôle qualité des images issues de ces détecteurs. L'exigence du domaine médical impose un contrôle strict des défauts pouvant apparaître sur les images. Cette thèse est donc axée sur la conception d'une chaîne complète d'analyse de la qualité des images issues des détecteurs numériques. Un éclairage particulier est donné à la détection des défauts, parfois peu visibles, à l'aide de techniques de détection adaptées à notre contexte de défauts spatialement corrélés dans un fort bruit de fond.

La définition d'un produit fait appel à l'utilisation d'un langage établi entre les acteurs intervenant dans le cycle de vie du produit : concepteur, fabricant et métrologue. Il peut s'agir d'un langage commun, c'est le cas de la norme ISO, ou spécifique. Il permet de définir la manière dont doivent être spécifiées une cote, la ou les tolérances, ainsi que les défauts géométriques de forme, position et orientation. La production des pièces ne pouvant être parfaite, il est nécessaire de trouver un compromis entre le besoin du concepteur et les procédés de fabrication. La maîtrise des variations admissibles de la géométrie réelle autour de la géométrie cible est un enjeu du tolérancement géométrique. Les modèles définissant ces variations sont nombreux mais restent incomplets pour caractériser le défaut de forme. L'objet des travaux présentés dans ce mémoire est de définir un nouveau paramétrage des formes à partir duquel nous construisons un modèle de tolérancement de forme. Nommé paramétrage modal, il modélise un élément géométrique dans un espace de formes géométriques, issues de la mécanique vibratoire. Dans un premier temps, le paramétrage modal est utilisé pour visualiser les défauts géométriques des surfaces et fait l'objet d'une méthode d'expertise des surfaces en métrologie, la Métrologie Modale des Surfaces (MemoSurf®). Au delà de la visualisation, la métrologie est également une étape de vérification des spécifications géométriques. C'est pourquoi dans un deuxième temps, nous développons une méthode permettant d'estimer la précision d'un assemblage avec défauts de forme. La définition des exigences fonctionnelles est indispensable à tout modèle de tolérancement. Nous proposons donc, dans la dernière partie de ce document, de définir un langage de spécification à travers le paramétrage modal. Deux démarches sur des problématiques industrielles sont présentées dans l'optique d'estimer les variations admissibles des paramètres modaux relatives à la maîtrise d'un procédé et à la spécification d'un besoin.

Pour obtenir des matériaux céramiques aux propriétés contrôlées il est le plus souvent fait appel à l'utilisation d'additions minérales en faible quantité. <br />Ces ajouts permettent de favoriser la densification ou de contrôler le phénomène de grossissement des grains, ou encore de modifier les propriétés mécaniques, physiques ou optiques.<br />Cette étude a pour objectif de caractériser et de modéliser l'action de certains dopants à la fois sur la réactivité et la microstructure, et sur les propriétés optiques de l'alumine-alpha. <br />Nous avons montré que la thermoluminescence (TL) basse température après une excitation UV est une excellente technique permettant de détecter la présence de la phase quadratique de la zircone, stabilisée par l'alumine. La TL basse température des composites alumine-manganèse est influencée par une émission à 675,5-679 nm. Plusieurs hypothèses sur le(s) centre(s) de recombinaison responsable(s) de cette émission ont été avancées : Mn4+, Cr3+ présent dans un environnement autre que l'alumine, ou à la fois Mn4+ (à 675,5 nm) et Cr3+ dans un autre réseau (à 679 nm). La TL basse température des composites alumine-titane est influencée par l'ion Ti3+ agissant comme centre de recombinaison et comme centre piège. La TL à température ambiante des composites alumine-titane est influencée par l'ion Ti4+ agissant comme centre de recombinaison et comme centre piège. Cette influence de Ti4+ se traduit notamment sur le pic D' par une double bande d'émission bleue-verte attribuable au centre Ti4+ et à l'agrégat (Ti4+-VAl').<br />Nous avons mis en évidence pour les composites alumine-zircone, qu'un traitement thermique du mélange sera préférable pour l'aptitude au frittage à un traitement des oxydes seuls avant mélange. La présence de manganèse favorise la densification de l'alumine, en particulier grâce à un frittage en phase liquide. On le constate par la présence d'un pic dérivé de dilatométrie supplémentaire à haute température. Nous avons pu mettre également en évidence la présence de ségrégation aux joints de grains avec drainage des impuretés fer, calcium avec le manganèse. La présence de titane favorise la densification de l'alumine, ainsi que le grossissement des grains. Nous avons pu mettre en évidence la ségrégation aux joints de grains d'excès de TiO2 au-delà de la limite de solubilité, ainsi que la présence de la phase secondaire Al2TiO5 en surface des échantillons.

L'objectif de cette thèse était de valider l'ensemble des informations délivrées par les capteurs utiles à la commande d'une station de traitement des eaux usées. Pour cela, nous avons utilisé l'analyse en composantes principales (ACP) pour effectuer la détection et localisation de défauts de capteurs de la station de traitement des eaux usées. Afin de construire un modèle ACP, nous avons eu recours à une matrice de données constituée de l'ensemble des mesures disponibles (obtenues lors du fonctionnement normal de la station de traitement des eaux usées) dans l'installation. Cependant, afin d'appliquer l'ACP, nous avons rencontré plusieurs difficultés :<br /><br />1. Présence dans les données de valeurs aberrantes (valeurs obtenues durant des périodes de démarrage, d'arrêt, de fonctionnement dégradé, erreurs de mesure, ...) perturbant la construction d'un modèle ACP.<br />2. Présence de défauts multiples, ce qui entraîne une explosion combinatoire des scénarii de défauts à considérer.<br /><br />Afin de résoudre le premier point, nous nous sommes intéressé aux variantes robustes de l'ACP. L'estimateur robuste MCD (Minimum Covariance Determinant), méthode de référence pour ses performances, nécessite un temps de calcul important, et une connaissance a priori de la quantité de valeurs aberrantes présente dans les données (inconnue). C'est la raison pour laquelle nous avons proposé une nouvelle méthode robuste, basée sur l'utilisation de MM-estimateur, nommée MMRPCA (MM-estimator Robust Principal Component Analysis). Concernant le point 2, une méthode d'analyse du modèle en terme de capacité de détection et de localisation a été appliquée afin de réduire le nombre de défauts à considérer. Les différentes méthodes développées ont été menées avec succès afin de valider les mesures issues des différents capteurs de la station d'épuration des eaux usées.

Nous présentons des résultats mathématiques obtenus pour un nouveau modèle de champ moyen dédié à la description d'électrons quantiques interagissant dans des cristaux comportant des défauts locaux. Ce modèle est dérivé du modèle dit de supercellule par un procédé de limite thermodynamique. ous travaillons avec un modèle de Hartree-Fock réduit, obtenu à partir du modèle de Kohn-Sham étendu en négligeant le terme d'échange-corrélation. Les modèles utilisés et les résultats obtenus sont présentés au chapitre 2 puis démontrés au chapitre 4. Les chapitres 3 et 5 sont consacrés à la simulation numérique de notre modèle. Notre approche consiste à mettre en œuvre une approximation variationnelle dans une base précalculée de fonctions de Wannier du cristal parfait de référence. Nous présentons quelques résultats numériques obtenus sur un modèle uni dimensionnel avec un potentiel d'interaction de Yukawa.

Cette thèse présente des méthodes et outils de conception de systèmes integres sur tranche entière (wafer scale intégration). L'application traitée (dans le cadre d'un projet européen esprit) est une architecture constituée d'un réseau 2d de 6720 processeurs (pe) monobits, destinée au traitement d'image de bas niveau. Pour tolérer les défauts de fin fabrication, une approche hiérarchisée a été implantée. Au niveau sous-système, une technique de redondance figee a consiste a implanter une colonne de pes de réserve, destines a remplacer les pes défaillants. Au niveau tranche entière, une technique de construction d'une cible maximale n'utilisant que des sous-systèmes s'appuient sur l'implantation d'un réseau de commutateurs permettant d'éviter les sous-systèmes défaillants. Une architecture originale des réseaux de commutateurs contrôle a partir des plots externes et des algorithmes efficaces de définition et construction du réseau opérationnel constituent les points forts de cette thèse

Au-delà des performances économiques classiques, les entreprises sont confrontées aussi aujourd'hui à des exigences plus sociétales liés à la sécurité des hommes et des matériels, à la protection de l'environnement et à la réduction des nuisances ... afin de faire face efficacement aux impératifs du marché et des réglementations, aux besoins des clients mais aussi aux nécessités du développement durable. La maîtrise simultanée des ces performances considérées comme contradictoires et donc très difficiles à gérer, est ainsi devenue un enjeu stratégique pour améliorer la performance globale de l'entreprise. Cet enjeu se décline concrètement au niveau opérationnel du système industriel par le concept de maintien en condition opérationnelle (MCO) dont la finalité est d'assurer principalement le bon fonctionnement du système tout au long de la phase d'exploitation.<br />Par rapport aux différentes composantes du MCO, notamment le soutien technique et le soutien logistique, ces travaux de thèse, initiés dans le cadre d'un partenariat avec l'INRETS, se restreignent au contexte du processus pivot du soutien technique: le processus de maintenance. Ce processus est considéré actuellement comme l'un des principaux leviers d'action sur la performance globale des systèmes industriels avec cependant encore de nombreuses problématiques scientifiques à résoudre pour en garantir son optimisation.<br />Par conséquent les propositions défendues scientifiquement dans cette thèse, et qui s'adossent au contexte industriel du MCO des rails à la RATP, portent globalement sur une contribution au processus de maintenance en se focalisant plus précisément sur les sous processus complémentaires de diagnostic et d'aide à la décision. En effet, une première contribution a pour objet de proposer le développement d'un système de diagnostic (de détection de rail cassé) basé sur une nouvelle approche permettant de fusionner des connaissances a priori avec des résultats du traitement des mesures réelles issues de capteurs. Une deuxième contribution propose deux approches originales d'aide la décision en maintenance des systèmes à n-composants permettant de réduire le coût global de possession (Life Cycle Cost: LCC) d'un système complexe à partir d'une modélisation de la dégradation des composants, et en intégrant simultanément plusieurs types de dépendances telles que les dépendances fonctionnelles et économiques. Ces deux dernières approches portent sur les politiques de maintenance préventive, et plus particulièrement sur la maintenance conditionnelle et prévisionnelle.<br /><br />Contexte et problématique industriels de la thèse<br />Le rail est un organe vital dans le transport ferroviaire. Sa sûreté et sa maintenance conditionnent le bon fonctionnement de tout le réseau de transport. Les exploitants ferroviaires, ayant pour priorité d'assurer la sécurité et le bien-être des passagers, accordent un intérêt de plus en plus particulier à cet organe de l'infrastructure. En effet, l'accroissement de la vitesse des trains, de la densité du trafic, des charges par essieux et de la puissance des engins moteurs ont pour conséquence d'exercer sur les voies ferroviaires des sollicitations toujours plus grandes qui peuvent, à la longue, mettre en cause l'intégrité des rails. Le maintien en conditions opérationnelles de cet organe est devenu donc une préoccupation majeure des exploitants ferroviaire.<br />Par exemple bien que l'occurrence des fissures soit rare sur le métro parisien, la RATP a étudié de près les effets de ces ruptures sur plusieurs plans: mécanique, électrique, économique et sécuritaire, et a mis en évidence la nécessité de concevoir un nouveau système automatique de détection qui permet de remplacer la fonction de détection de rail cassé assurée auparavant par le circuit de voie (CdV).<br />Dans ce cadre, un capteur à courants de Foucault a été développé par l'INRETS en partenariat avec la RATP dans le cadre du programme national de recherche et d'innovation dans les transports terrestres. Ce dispositif doit assurer une détection de défauts de rails sans contact avec des contraintes électrique, mécanique, de positionnement, de pollution, etc. Ce système avait pour but initial la détection des fissures débouchantes. Étant capable de détecter aussi toute modification de la géométrie de la surface de rail, ou de ses caractéristiques magnétiques, le capteur permet en plus de relever quelques irrégularités sur la voie autre que les ruptures. Un étiquetage de ces points a été mis en œuvre ce qui offre au système de diagnostic, lors du passage du véhicule auquel il est adjoint, la possibilité d'identifier des points singuliers tels que les joints ou les écailles qui sont une source d'information très utile pour la mise en œuvre d'une maintenance plus dynamique et donc plus optimale. <br />En effet à l'heure actuelle, les actions de maintenance des voies ferrées sont essentiellement correctives ou sont exécutées à intervalles de temps prédéterminés. Dans ses études, la RATP a conclu que ces deux types de politiques sont trop coûteux et peu sûrs, et a mis en évidence le besoin d'évoluer vers de nouvelles stratégies de maintenance pour assurer à la fois la sécurité et la disponibilité des installations à moindre coût. Par ailleurs, des études récentes ont montré que la prise en compte d'un certain nombre de paramètres significatifs de la dégradation de rails devait permettre d'affiner les politiques de maintenance et, ainsi, d'améliorer la qualité de service, la disponibilité, la sécurité et les coûts. Pour aboutir à cette finalité, la maintenance des rails ne doit plus être limitée à la seule vision du composant (portion de rail) siège de la défaillance, mais à l'étude du système dans sa globalité (système à n-composants). Les décisions relatives à la maintenance ne peuvent donc plus être isolées de leur contexte et doivent s'inscrire dans un lien plus fort entre surveillance – diagnostic et aide à la décision. <br />Sur la base de ce double constat industriel en diagnostic et décision, les travaux de recherche menés dans cette thèse ont pour objet, relativement au contexte RATP, d'investiguer de nouvelles orientations pour les politiques de maintenance des rails permettant à la fois de corriger efficacement les défauts (maintenance corrective), et de les anticiper (maintenance préventive) en suivant des prévisions extrapolées de l'analyse et de l'évaluation des paramètres significatifs de la dégradation des rails (informations issues du diagnostic). Ces approches doivent se baser essentiellement sur les aspects d'optimisation des coûts liés à la maintenance et à ses conséquences.<br /><br />Approche proposée<br />Face à la problématique industrielle RATP genèse de cette thèse, la démarche scientifique mise en œuvre se décline naturellement en deux phases complémentaires. Tout d'abord, il s'agit d'améliorer le système de diagnostic existant (capteur à courants de Foucault) pour la détection des défauts afin de garantir des résultats fiables sur l'état de dégradation des rails. Dans ce cadre, nous proposons une méthode de diagnostic originale se basant sur une fusion de deux sources d'informations de natures différentes : Approche Locale et Approche Globale. La deuxième phase de cette étude consiste ensuite à donner deux nouvelles approches pour contribuer à l'optimisation de la maintenance conditionnelle et prévisionnelle des systèmes formés par plusieurs composants en tenant compte de certains type de dépendances, notamment économique et fonctionnelles<br />Organisation du Rapport<br />Cette démarche se développe dans le mémoire sous la forme de 4 chapitres :<br />- Le premier chapitre permet de définir globalement le processus de maintenance à la fois d'un point de vue général mais aussi relativement au contexte industriel. A partir de l'état de l'art sur les différentes politiques de maintenance, sont isolés de façon plus précise les processus clés de diagnostic et d'aide à la décision. Un premier constat est fait aussi sur les insuffisances des politiques de maintenance utilisées actuellement par l'exploitant ferroviaire RATP et la nécessité de proposer des nouvelles politiques qui sont plus efficaces et moins coûteuses. Ce constat permet de positionner le contexte de nos contributions et de les justifier.<br />- le deuxième chapitre est consacré à l'étude du sous processus de diagnostic. Son objectif est d'expliquer la procédure de mise en œuvre de l'approche locale que nous proposons. En ce sens ce chapitre est structuré en trois grandes parties. La première partie est consacrée à présenter et analyser les données fournies par la RTAP décrivant la structure des voies. A l'issue de cette étape, un état de l'art des méthodes d'analyse et de traitement de ces données est réalisé dans l'optique de choisir la meilleure alternative. La mise en œuvre de la méthode choisie est décrite ensuite en fin du chapitre 2.<br />- Le troisième chapitre complète le deuxième et présente une généralisation des outils utilisés pour la mise en œuvre de l'approche locale, puis il explique la procédure de fusion entre l'approche locale et l'approche globale.<br />- Enfin, le dernier chapitre est consacré au développement d'une démarche générique, basée sur une combinaison des réseaux bayésiens dynamiques et des processus décisionnels de Markov, pour l'optimisation de la maintenance conditionnelle et prévisionnelle des systèmes à N-composants.<br /><br />En synthèse, notre proposition fournit un cadre de modélisation théorique contribuant à l'optimisation du LCC d'un système tout en intégrant différents types de dépendances entre ses composants. La mise en œuvre de notre proposition est déroulée, dans un premier temps, sur un exemple illustratif puis appliquée en dernière étape dans le cadre de la maintenance des rails.

Les applications potentielles du carbure de silicium (SiC) en microélectronique ont motivé de nombreuses études sur les défauts ponctuels, qui jouent un rôle important dans la compensation électrique. Ce matériau possède en outre de nombreux atouts pour participer au confinement des matières fissiles dans les réacteurs à caloporteur gazeux du futur (4ème génération). Dans cette thèse, nous avons utilisé la Résonance Paramagnétique Electronique et la Spectroscopie d'Annihilation de Positons pour étudier les propriétés (nature, taille, état de charge, migration et agglomération sous recuit) des défauts ponctuels natifs et induits par irradiation avec différentes particules (H+, e-, ions carbone) dans les polytypes 3C et 6H de SiC. L'étude par annihilation de positons des défauts natifs dans 6H-SiC a permis de mettre en évidence une forte concentration de pièges non lacunaires de type accepteur, qui ne sont pas présents dans les cristaux 3C-SiC. La nature des défauts détectés après irradiation aux électrons de basse énergie (190keV) dépend du polytype. En effet, si des paires de Frenkel de silicium et des monolacunes de carbone sont détectées dans les cristaux 6H, seules des monolacunes de carbone sont détectées dans les cristaux 3C. Nous proposons que ces différences quant aux populations de défauts ponctuels détectés résultent de valeurs différentes des énergies de seuil de déplacement du silicium dans les deux polytypes (environ 20eV pour 6H et 25eV pour 3C). Par ailleurs, les irradiations avec des protons de 12MeV et des ions carbone de 132MeV créent des monolacunes de silicium ainsi que des bilacunes VSi-VC. Ni la particule (protons ou ions carbone), ni le polytype (3C ou 6H) n'influent sur la nature des défauts générés. Enfin l'étude du recuit de monocristaux 6H-SiC irradiés avec des protons de 12MeV a permis de mettre en évidence plusieurs processus successifs. Le résultat le plus original est l'agglomération des monolacunes de silicium avec les bilacunes VSi-VC qui mène à la formation de trilacunes VSi-VC-VSi.