Les réseaux de distribution de flux sont modélisés par des systèmes hyperboliques linéaires ou non linéaires de lois de conservation avec terme source. La surveillance de ces réseaux (diagnostic de défauts) nécessite la connaissance de certaines variables d’état. Or dans la plupart des cas, il n’est pas possible de mesurer toutes les variables d’états et des observateurs basés sur le système d’équations aux dérivées partielles représentant le réseau peuvent alors être utilisés. Dans cette thèse, l’observabilités des systèmes hyperboliques est tout d’abord étudiée puis les observateurs classiques et robustes à dérivées partielles, avec injection de l’erreur d’estimation aux frontières ou dans la dynamique du système sont proposés. Ces observateurs fournissent des estimations en ligne des signaux qui ne sont pas mesurés. Ces estimations seront utilisées pour le diagnostic des systèmes de distribution de flux. Les performances des observateurs et l’approche de diagnostic sont validées sur le système de distribution d’eau d’un bâtiment de l’Université de Lille 1 Sciences et Technologies, dans le cadre du projet SUNRISE SMART CITY. Des données réelles, prélevées sur le site en absence et en présence de fuites sont utilisées. / Distribution flow networks are modeled by linear or nonlinear systems of balance laws. The monitoring of these networks (Faults detection and isolation) requires knowledge of certain state variables. However, in most cases it is not possible to measure all the state variables. Observers based on the partial differential equations which modelize the network dynamic can be used to provide state estimates. In this dissertation, the observability of the hyperbolic systems is first studied and then classical and robust PDE observers with injection of the state estimation error at boundaries or in the system dynamics are proposed. These observers provide on-line estimation of signals that are not measured. The estimation is used for the diagnosis of distribution flow systems. The performance of the observers and the diagnosis approach are validated on real flow data collected from the water distribution system (WDS) of Polytech’Lille (Cité scientifique, University of Lille 1 Sciences and Technologies), within the framework of the SUNRISESMART CITY Project. Data which are taken from the WDS in the absence and in the presence ofleakeage are used.

Les colonnes de distillation de l'air constituent l'un des procédés principaux de séparation des composants de l'air mais posent le problème des consommations énergétiques élevées. Dans le but de produire les quantités d'oxygène nécessaire pour les procédés d'oxycombustion à faibles coûts énergétiques, une colonne de distillation diabatique pour la séparation de l'air cryogénique est conçue et modélisée. Elle consiste en un échangeur tubes-calandre où les tubes constituent une première colonne opérant à basse pression et la calandre en constitue une deuxième opérant à haute pression. Les transferts de masse et de chaleur couplés sont modélisés et le fonctionnement de la colonne est simulé. Une analyse exergétique comparative entre trois types de colonnes de distillation d'air cryogénique montre que l'efficacité exergétique de la colonne diabatique conçue est 23 % fois plus élevée que celle des colonnes doubles conventionnelles. La distribution des mélanges dans les tubes et dans la calandre est un point clé dans le procédé de distillation dans l'échangeur tubes-calandre. Les différentes formes de mal répartition sont étudiées et des solutions proposées. Une colonne pilote est dimensionnée pour valider expérimentalement le concept théorique de la distillation diabatique de l'air cryogénique.

Nous développons une approche générique pour comprendre comment différents régimes alimentaires peuvent influencer la qualité et la composition du lait. Cette question s'intègre dans le cadre du Flux Balance Analysis (FBA), qui consiste à analyser un réseau métabolique en optimisant un système de contraintes linéaires. Nous avons proposé une extension du FBA pour analyser la transformation des nutriments en intégrant des hypothèses biologiques utilisées par différents modèles numériques dans un modèle générique de la glande mammaire. Notre méthode permet de quantifier les précurseurs qui interviennent dans la composition des sorties du système, en calculant des contributions des entrées dans les sorties [AIO]. A l'aide de cette approche, nous avons montré que la transformation des nutriments du lait ne peut pas être modélisée par l'optimisation d'une combinaison linéaire des flux des réactions sur un modèle du métabolisme mammaire. Pour étudier plus précisément la flexibilité d'un réseau métabolique, nous avons proposé un algorithme e