Les machines triphasés tant en mode générateur que moteur n’ont aucune capacité de continuité d’opération lors de l’ouverture d’une phase. En effet, avec un onduleur à point neutre isolé, les deux phases restantes sont dépendantes et forcent l’arrêt de la machine. A contrario, les machines multiphasées ont plus de trois phases et peuvent fonctionner lors de la perte de l’une d’entre elles sans trop de perte de capacité. Cependant, la puissance extraite est alors polluée par des harmoniques comme les variables du contrôle.L’objectif de cette thèse est de concevoir le contrôle d’un générateur hexaphasé asynchrone tant en mode sain qu’en défaut. L’idée de base tient en dix sous-systèmes de contrôle représentant l’ensemble des coupures de phases possibles jusqu’à trois. Ces systèmes sont conçus pour éliminer les oscillations sur la puissance. Ensuite, un algorithme de détection est introduit pour commuter entre les contrôleurs et s’adapter à la nouvelle situation en ligne. Cependant, une commutation brutale s’accompagne toujours d’un transitoire. Un système d’initialisation du nouveau contrôleur est proposé pour adoucir la transition. La stratégie globale est mise en œuvre et prouve les performances de la méthode sur une SC6PIG de 90W / Three-phase induction machines are limited to operate in open-phase conditions in both motor and generator operating modes. Indeed, after losing one of the machine’s phases with an isolated neutral point, the two remaining phases cannot be controlled independently and the machine has to be stopped. Contrary to three-phase machines, the multiphase ones use more than three phase in the stator and thus they can operate even in phase missing conditions with a minimum de-rating. Nevertheless, for a multiphase generator, the extracted power from the machine is associated with oscillations due to the open-phase creation. In addition, the used variables in control system oscillate in these conditions as well. The goal of this thesis is therefore to design a general control system for a squirrel cage six-phase induction generator (SC6PIG) in both healthy and faulty operations. The general control system consists of ten sub control systems which are designed for all possible open-phase faults of the SC6PIG up to three-opened phases. They have been designed regarding the faulty model of the SC6PIG to eliminate the power oscillations in faulted mode. An open-phase detection and operating decider system have been introduced to switch a control system to a new one during the motion. It has been shown that the switching between two different control systems creates a transient voltage in switching instant. In order to minimize the transient voltages, on-line initial condition setting has been proposed for the ten control systems. The proposed strategy has been checked by simulation and experimentation tests on a SC6PIG rated at 90 W. They have confirmed the capacities of the proposed strategy

Pour répondre au contexte d’exploitation des énergies renouvelables marines où l’accès aux systèmes de production d’énergie électrique est délicat, cette thèse porte sur l’étude d’une chaîne de conversion d’énergie tolérante aux défauts. Trois volets sont investigués : l’analyse comportementale de la topologie, le contrôle de la puissance produite ainsi que la détection et la localisation des défauts. La chaîne est constituée d’une MSAP pentaphasée, d’un redresseur à diodes à 5 bras et de 3 convertisseurs DC-DC de type Boost entrelacés. Pour la stratégie de contrôle de la puissance de sortie, un double asservissement est appliqué au bloc DC-DC. Des modèles dynamiques petits signaux sont établis. La boucle interne est dédiée à l’asservissement du courant d'entrée de l’étage Boost et la boucle externe au contrôle de la puissance. Trois types de régulateurs en courant sont étudiés et comparés. Des approches de synchronisation des commandes des 3 Boosts sont proposées. Il ressort que le régulateur non linéaire, dit MRC, satisfait complètement aux performances désirées. Le contrôle de puissance, intégré ensuite dans la chaîne complète de production d’énergie et testé pour différents modes de fonctionnement sains et dégradés, est de très bon niveau. Des méthodes de détection et de localisation des défauts au niveau de l’entrée et de la sortie du redresseur ont été développées. En se basant sur la mesure des courants de phase ou sur la mesure de la tension en sortie du redresseur, les défauts côté AC sont détectés et localisés. La détection côté continu est de faible complexité. Cette méthode est ensuite étendue aux défauts de l’étage DC-DC en utilisant son courant d’entrée. / To answer the context of marine renewable energy exploitation where the access of energy production system is difficult, this thesis deals with the study of a fault tolerant energy conversion chain. Three aspects are investigated: behavior analysis of the topology; output power control; detection and location of faults. The chain involves a five-phase PMSG, a five-leg diode rectifier and a three-interleaved DC-DC Boost converter. Concerning the output power control strategy, a double-loop control is applied on the DC-DC block. Small-signal dynamic models are established. The inner loop is used for controlling the input current of the Boost stage. The outer loop is for the output power. Three types of current controllers are studied and compared. Methods of synchronization for the three-interleaved Boost converter control are proposed. It results that the nonlinear controller, called in French version, the MRC, totally satisfies the desired performances. The control of power, which is then used for the full conversion chain, is tested under different operating modes (health and fault) and is of high performances. Several methods for detecting and locating rectifier’s AC and DC side faults have been developed. Based on the measurements of phase currents or the measurement of the output voltage of the rectifier, AC side faults can be detected and located. DC measurement based fault detection is of low complexity. This method is then extended to the faults of DC-DC block by using its input current.

La phase surstœchiométrique de dioxyde d’uranium (UO2+x) est stable sur une large gamme de températures et compositions. Ces variations de composition ainsi que la présence éventuelle de dopants ou d’impuretés induisent une modification de la concentration en défauts anioniques et électroniques. Ainsi nombre de propriétés du matériau sont modifiées par ces changements de composition et particulièrement les propriétés de transport atomique. Tout d’abord, un modèle de défauts ponctuels a été développé permettant d’évaluer l'évolution des concentrations de défauts électroniques et oxygène en fonction de la température, de la pression partielle d’oxygène d’équilibre et de la concentration en impuretés. Les constantes physiques du modèle et notamment les constantes d’équilibre correspondant à la formation des défauts ont été déterminées à partir de données de thermogravimétrie et de conductivité électrique de la littérature. Ce travail nous a ensuite permis d’interpréter nos mesures de conductivité, de diffusion chimique et d’autodiffusion de l’oxygène. D’un point de vue quantitatif, l’analyse des résultats expérimentaux permet d’évaluer le coefficient de diffusion de l’interstitiel d’oxygène mais aussi son énergie de formation, ainsi que celle du di-interstitiel. La présence de défauts d’oxygène agrégés semble induire une diminution du coefficient d’autodiffusion et de la diffusion chimique. De plus, la caractérisation par spectroscopie d’absorption de rayons X a permis de mettre en évidence la présence du même défaut sur toute la gamme de stœchiométrie étudiée, appuyant ainsi l’approche proposée pour établir le modèle. / The hyperstoichiometric uranium dioxide (UO2+x) is stable over a wide range of temperature and compositions. Such variations of composition and the eventual presence of doping elements or impurities lead to a variation of anionic and electronic defect concentrations. Moreover, many properties of this material are affected by its composition modifications, in particular their atomic transport properties. Firstly we developed a point defect model to evaluate the dependence of the electronic and oxygen defect concentrations upon temperature, equilibrium oxygen partial pressure and impurity content. The physical constants of the model, in particular the equilibrium constants of the defect formation reactions were determined from deviation from stoichiometry and electrical conductivity measurements of literature. This work enabled us to interpret our measures of conductivity, oxygen chemical and self- diffusion coefficients. From a quantitative standpoint, the analysis of our experimental results allows to evaluate the oxygen interstitial diffusion coefficient but also its formation energy. Moreover, an estimate of oxygen di-interstitial formation energy is also provided. Presence of oxygen clusters leads oxygen self- and chemical diffusion to decrease. X-ray Absorption Spectroscopy characterization shows the presence of the same defect in the entire deviation from stoichiometry studied, confirming the approach used to develop the model.

Les travaux réalisés dans la thèse ont permis de développer une méthodologie permettant de réduire les ondulations de couple générées par un défaut statorique dans une machine synchrone avec aimants montés en surface. Deux types défaut ont été traités : le déséquilibre du bobinage statorique, illustré dans l’étude par un manque de spire, et un court- circuit entre spires. Les composantes harmoniques de couple générées par ces types de défaut ont été identifiées et nous avons déterminé la composante inverse de courant à injecter dans l’alimentation pour réduire la composante harmonique de couple principale, qui est à deux fois la fréquence d’alimentation. Deux approches ont été utilisées pour déterminer cette composante inverse de courant : une approche basée sur l’induction d’entrefer issue du calcul analytique prenant en compte l’effet magnétique des courants dans chaque encoche et une approche basée sur les vecteurs espaces flux et courant. Cette deuxième approche permet de mettre en œuvre le principe de correction avec une simulation matlab-simulink, qui donne des résultats probants, que la machine fonctionne en boucle ouverte commandée en fréquence, ou en autopilotée, insérée dans une boucle de régulation de vitesse. Nous avons également mis en œuvre les dispositifs expérimentaux permettant de valider l’étude théorique. Le banc utilisé comprend une machine synchrone à aimants et sa charge. La Machine synchrone est alimentée par un onduleur et commandée par un système dSPACE permettant de contrôler la composante inverse de courant et d’assurer l’autopilotage. Un accéléromètre correctement placé permet de mesurer les vibrations tangentielles, générées par les fluctuations de couple. Pour les deux types de défaut, la réduction de l’harmonique de vibrations tangentielles à deux fois la fréquence d’alimentation a été mise en évidence suite à l’injection d’une composante inverse de courant. Une bonne concordance apparait entre la théorie et l’expérimentation pour ce qui est de l’amplitude de la composante inverse. / The work carried out in this thesis consists in developing a methodology to reduce the torque ripples generated by a stator fault in a surface permanent magnet synchronous machine. Two faults have been treated: the unbalance of the stator winding, illustrated in the study by a lack of turns, and a stator inter-turns short-circuit. The harmonic torque components generated by the both faults have been identified and the inverse current component to be injected in the supply currents has been determined to reduce the main torque component, which is at twice the supply frequency. Two approaches have been used to determine this inverse current component: an approach based on the air gap flux density resulting from an analytical calculation taking into account the magnetic effect of the currents in each slot, and an approach based on the flux and current space phasor. This second approach makes it possible to implement the correction principle in matlab-simulink simulations. These simulations give convincing results whether the machine operates in a frequency-controlled open loop or in a vector control mode inserted in a speed control loop. Experimental tests have been realized to validate the theoretical study. The used test bench includes a Permanent Magnet Synchronous Machine (PMSM) coupled to a DC machine. The PMSM is powered by an inverter controlled by a dSPACE system able to tune the inverse current component and ensure the vector control. A properly positioned accelerometer is used to measure the tangential vibrations generated by torque fluctuations. For both faults, the reduction of the harmonic of tangential vibrations at twice the supply frequency was demonstrated by injection of an inverse current component. A good agreement between theory and experimentation in terms of the amplitude of the inverse component was obtained.

Les absorbeurs de chocs en matériaux composites sont capables de dissiper une grande quantité d'énergie, grâce à une compétition de deux mécanismes que sont le délaminage et la fragmentation des plis en compression. Ce second mode de rupture a pour origine le plissement, qui s'initie de façon intrinsèque à l'échelle des fibres. Cette thèse est une contribution à la modélisation multi-échelles de la rupture en compression pour la simulation de structures composites. A cette fin, on propose une stratégie en trois étapes. La première consiste à construire un modèle microscopique capable de représenter la physique du plissement. La difficulté est d'intégrer les influences pertinentes en termes de contrainte ultime et d'énergie absorbée, en particulier l'influence des défauts et du cisaillement. La seconde étape consiste à homogénéiser la réponse de ce micromodèle pour une variété de chargements représentatifs. Un modèle de comportement original et paramétré par les défauts de la microstructure est proposé. Il intègre des lois de comportement déterministes, identifiées par des simulations du micromodèle numérique. Enfin, la troisième étape a pour objet d’intégrer ce comportement basé sur la micromécanique dans un modèle à l'échelle du pli, existant et validé. L'implantation est réalisée dans le cadre d’un code de calcul hybride continu/discret, pour mener des simulations d'échantillons et observer les interactions entre le plissement et les autres modes de dégradation. / Composite shock-absorbing devices can dissipate a large amount of energy, thanks to the combined action of delamination and fragmentation of the plies in compression. The latter failure mode is due to kinking, which naturally arises at the scale of the fibers. This Ph.D. is a contribution to the multiscale modeling of this phenomenon for the simulation of composite structures. Therefore, three-step-strategy is adopted. The first step deals with the design of a microscopic model able to represent the kinematics and kinetics of kinking. The difficulty is to include all relevant parameters in terms of ultimate stress and dissipated energy, particularly defects and shear. The second step deals with the nonlinear homogenization of the micromodel reponse for several load paths. This is done by postulating an original constitutive model with a parametric influence of defects. It includes deterministic constitutive laws which are identified through numerical tests on the microstructure. Finally, the third step deals with the introduction of this micromechanics-based behavior in an existing and validated model at the scale of the plies. It is implemented in the framework of a hybrid continuous/discrete computation code, in order to perform sample-scale simulations and observe interactions between kinking and other failure mechanisms.

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L’aluminium est produit industriellement grâce à l’électrolyse. Ce procédé a lieu dans une cuve d’électrolyse et il consiste à injecter un courant électrique pour transformer l’oxyde d’aluminium en aluminium métallique et en dioxyde de carbone. Les anodes permettent le passage du courant à travers la cuve et fournissent également le carbone nécessaire pour la réaction électrolytique. Un incident anodique se produit lorsqu’une déformation se développe sur la surface inférieure d’une anode ou lorsque l’anode est placée trop basse dans la cuve, ce qui cause un court-circuit partiel à la position de l’anode affectée. Les incidents anodiques ont un impact négatif sur l’efficacité du courant de la cuve. La détection et la correction hâtives des incidents anodiques sont donc avantageuses d’un point de vue économique. L’objectif de cette étude est de concevoir un système qui est capable de détecter les incidents anodiques en temps réel, et ce plus rapidement que la technique standard actuelle. Pour ce faire, l’Analyse en Composantes Principales a été utilisée pour entraîner des modèles prédictifs développés à partir des signaux individuels de courant d’anodes et du signal de voltage de la cuve, dans le but de classifier les anodes selon l’erreur de prédiction au carré et la statistique T2 de Hotelling. Cette stratégie semble permettre de détecter des incidents anodiques grâce aux signaux individuels de courant. Toutefois, ce n’est pas le cas avec le signal de voltage de la cuve. La surveillance de la moyenne ou l’écart-type des signaux de courant à haute fréquence à l’aide d’un modèle de régression logistique semble aussi faciliter la détection des incidents anodiques. / Aluminum metal is produced industrially in electrolysis cells, in which an electric current is used to transform aluminum oxide into metallic aluminum and carbon dioxide. Anodes are used to carry the current across the electrolysis cells and provide the carbon source necessary to drive the electrolytic reaction forward. Anodic incidents occur when an anode develops a spike or other deformation on its bottom surface or when the anode is set too low in the cell, causing the electrolysis cell to partially short circuit at the affected anode position. Anodic incidents have a deleterious effect on the cell’s current efficiency, making early detection and correction of anodic incidents economically advanta-geous. The objective of this study is to develop a real-time anodic incident detection system capableof identifying problematic anodes faster than the standard contemporary technique. Principal Component Analysis models were trained with individual anode current signals and cell voltage signals, and were subsequently used to classify anodes according to the squared prediction error and Hotelling’sT2 statistic. This strategy appears to enable anodic incident detection with individual anode current signals, but not with the cell voltage signal. Monitoring the signal mean and standard deviation of high-frequency anode current signals with a logistic regression model also appears to facilitate anod icincident detection.

Les changements climatiques affectent grandement le climat partout sur la planète, mais plus particulièrement dans les zones nordiques, là où le pergélisol dégèle tranquillement. Les chercheurs tentent donc de suivre ces changements dans les zones à l'aide de collecteurs échantillonnant et sauvegardant les données. Cependant, la récupération de ces données est très coûteuse en déplacement et en temps étant donné l'isolement des villages où ces collecteurs se situent. Les réseaux sans fil de nœuds de capteurs sont une solution à ce problème. L'idée est donc de faire parvenir ces données automatiquement aux chercheurs en utilisant des moyens de communication. En 2017, un premier réseau sans fil de nœuds de capteurs a été installé dans le village de Salluit, au nord du Québec en utilisant des stations de collecte déjà existantes. Celui-ci a connu plusieurs problèmes de transfert des données et de collecte depuis son déploiement. Dans ce mémoire, nous examinons ces problèmes. Leurs causes ont été difficiles à déterminer puisque la conception des nœuds de collectes ne permet pas un bon suivi de l'état des nœuds. Les causes des problèmes ont tout de même été déterminées, mais sans certitude, ce qui est en soi un problème. C'est donc ce dernier problème qui nous a menés à proposer une architecture différente permettant de mieux diagnostiquer les problèmes des nœuds de collecte. Cette architecture déplace différentes fonctions effectuées par le collecteur dans le réseau de Salluit vers l'interface sans fil pour permettre un diagnostic plus individualisé de l'interface sans fil et du collecteur. Ce mémoire commence donc par détailler le fonctionnement des réseaux de collecte de données. Par la suite, il présente les installations de Salluit et procède à une analyse des capacités énergétiques des nœuds de collecte du réseau. Ensuite, il propose une architecture permettant de répondre aux lacunes du réseau de Salluit. Puis, le mémoire détaille une implémentation du nœud de collecte de cette architecture proposée. / Climate change greatly affects the climate all over the planet, but especially in northern areas, where permafrost is slowly thawing. Researchers are therefore trying to track changes in these areas using sampling sensors and saving the data locally. However, retrieving this data is very costly in travel and time given the isolation of the villages where these sensors are located. Wireless networks of sensor nodes are a possible solution to this problem. The idea is therefore to send this data automatically to researchers at Université Laval. In 2017, a first wireless network of sensor nodes was installed in the village of Salluit, in Northern Quebec, using already existing collection stations. The installation experienced several data transfer and collection issues since its deployment. In this thesis, we examine these failures in connectivity. Their origins have been difficult to determine since the nodes does not allow good monitoring of their state. This led to some uncertainty in our determination of all causes of failure. For this reason, we also propose a new architecture to better diagnose any future problems of the sensor nodes. This architecture shifts various functions currently performed by the sensor in Salluit's network to the wireless interface to allow more individualized diagnosis of the wireless interface and the sensor. This thesis therefore begins by detailing the operation of data collection networks. It then presents the Salluit facilities and analyze the energy capacities of the network's collection nodes. Thereafter, it proposes an architecture able to respond to the shortcomings of the Salluit network. Then, the thesis details an implementation of the collection node of this proposed architecture.

L’augmentation de productivité et de capacité de production est aujourd’hui au coeur des problématiques industrielles. Ceci touche particulièrement l’industrie forestière qui cherche depuis de nombreuses années à accroître sa productivité par, entre autres, des méthodes d’automatisation appliquées à leur processus de transformation du bois. Pour automatiser les méthodes d’inspection industrielle, plusieurs voies ont été empruntées jusqu’à ce jour : photométrie, ultrason, rayon-X, thermographie, etc . La technique présentée ici, l’effet trachéïde, utilise les caractéristiques de diffusion d’un laser dans les fibres de bois pour faire ressortir la densité et la direction du grain du bois. Cette technique produit rapidement une image en tons de gris de la pièce. À partir de cette image plusieurs méthodes ont été développées afin de faire ressortir les défauts sur la pièce. Une méthode de fusion des données a été mise au point afin de faire le regroupement des résultats des différentes techniques de détection. Finalement, une méthode de détection de contours adaptée à la détection des noeuds a été explorée. / Québec Université Laval, Bibliothèque 2019

Le travail présenté dans ce mémoire de thèse concerne la synthèse de méthodes d'accommodation fondée sur l'information du second ordre (ISO) dans le contexte de la tolérance aux défauts présents au sein des systèmes linéaires. La contribution majeure de ces travaux de recherche concerne l'exploitation de cette information dans l'analyse de la reconfigurabilité (aptitude du système à s'affranchir des défauts) et dans le développement des stratégies d'accommodation de défauts permettant de retrouver les performances nominales en fonction du comportement dynamique et garantissant une information du second ordre imposée. <br />Dans un premier temps, on propose des approches pour mesurer l'information du second ordre à partir des grandeurs entrée/sortie des systèmes linéaires. Dans une première approche, la réponse (données de sortie) à la condition initiale est considérée. Une alternative intéressante à cette approche, en considérant le problème comme un d'identification et basée sur la réponse impulsionnelle (paramètres de Markov), est proposée afin d'évaluer l'information du second ordre indirectement mais en-ligne en utilisant des grandeurs entrée/sortie. Un indice résultant de cette évaluation est proposé afin de contribuer à l'étude de la reconfigurabilité en ligne d'un système défaillant. Cette estimation en temps réel de l'information du second ordre est étendue aux systèmes commandés en réseau afin d'évaluer l'impact de retards sur la reconfigurabilité du système.<br />Dans un deuxième temps, des stratégies permettant l'accommodation de défauts du type perte d'efficacité des actionneurs sont proposées, approches considérées dans le contexte de la synthèse de l'information du second ordre par retour d'état. On aborde le cas des systèmes à une entrée, approche proposée et basée sur la méthode de la pseudo inverse modifiée. Ensuite on considère le cas multivariable, approche basée sur la méthode de la pseudo inverse. Des exemples se présentent pour illustrer l'application des approches proposées.<br />Les éléments développés au cours du mémoire sont illustrés à travers une application couramment étudiée dans la commande de procédés : le système hydraulique des trois cuves. Les simulations effectuées mettent en relief les résultats obtenus et l'apport des méthodes développées.