J'ai étudié deux nouvelles configurations de double-colonne pour distillation hétéroazéotropique. Ces configurations sont appropriées à la récupération simultanée des composants des mélanges binaires hétéroazéotropiques et homoazéotropiques (en utilisant un tiers corps (entraîneur)). Elle sont opérées en système fermé, c'est-à-dire, il n'y a pas de soutirage de produit continu. D'abord, en appliquant un modèle simplifié, j'ai étudié la faisabilité de la séparation d'un mélange hétéroazéotropique (1-butanol – eau), puis celle d'un mélange homoazéotropique (2-propanol – eau) aidé par entraîneur benzène ou cyclohexane, en utilisant le SDC. Puis, j'ai étudié cette configuration par modélisation rigoureuse, en appliquant le simulateur dynamique du logiciel professionnel ChemCAD (CC-DColumn). J'ai comparé la nouvelle configuration avec le RD, sur la base des résultats obtenus par toutes les deux méthodes d'étude. Le SDC s'est avéré faisable et compétitif avec le RD : pendant la même durée ou plus courte, les rendements des composants ont été plus élevés. Puis, on a étendu le SDC à un système plus flexible (système de double-colonne généralisé, SDCG) qui est approprié à la séparation des mélanges binaires homoazéotropiques aidé par entraîneur (en le cas présent : cyclohexane ou n-hexane). J'ai étendu la méthode de faisabilité aussi à l'étude de cette configuration. Le SDCG s'est avéré aussi faisable. En appliquant modélisation rigoureuse, j'ai étudié les effets des nouveaux paramètres opératoires sur la durée, et j'ai comparé le DCG avec le SDC. Le SDCG s'est avéré encore plus avantageux que le SDC : la durée a été plus courte, et les besoins spécifiques d'énergie des produits ont été plus bas. J'ai étudié le SDC et le SDCG aussi par des manipulations exécutées sur installations de taille laboratoire et pilote. D'abord, j'ai fait des manipulations laboratoires pour la séparation du mélange binaire hétéroazéotropique, en utilisant une installation en verre qui a été opérée aussi comme RD et SDC. Le SDC s'est avéré faisable et compétitif avec le RD aussi sur la base des résultats de ces manipulations : pendant la même durée, les rendements des tous les deux composants ont été plus élevés. Puis, en utilisant l'installation pilote comme SDC, j'ai étudié la séparation ci-dessus. Après cette manipulation, j'ai étudié la séparation du mélange binaire homoazéotropique en appliquant n-hexane comme entraîneur, en opérant le système comme RD et SDCG. La manipulation faite avec le SDCG a montré que la production simultanée de deux composants est faisable avec cette configuration. / Distillation is the method the most frequently applied for the separation of liquid mixtures, e.g. for the recovery of the components of the waste solvent mixtures. Because of the high energy demand of these processes the optimal design and operation of the distillation equipments are important from economic and also environmental points of view. The separation of the azeotropic mixtures needs special distillation methods like heteroazeotropic distillation. In the pharmaceutical and fine chemical industries it is often applied in batch mode. The aims of the thesis are to study the feasibility of a new Double-Column System (DCS) for batch heteroazeotropic distillation and to compare it with the traditional Batch Rectifier (BR) equipped with a decanterto study the above configurations by rigorous simulationto extend the DCS (Generalised Double-Column System, GDCS) and to study this new configuration by the above methodsto do laboratory experiments for both configurations in order to prove the feasibility of the separation and validate the calculations, respectively. Two new double-column configurations for batch heteroazeotropic distillation were studied. These configurations are designed to produce simultaneously the components of binary heteroazeotropic and homoazeotropic mixtures (by using an entrainer). They are operated in closed system (without continuous product withdrawal). First the feasibility of the separation of a heteroazeotropic mixture (1-butanol – water) and that of a homoazeotropic one by using an entrainer (isopropanol – water + benzene or cyclohexane) in the DCS were investigated by a simplified model. Then the operation of this configuration was modelled by rigorous simulation by using the dynamic simulator of the professional flowsheet simulator ChemCAD (CC-DColumn). On the basis of the results obtained by both methods the new configuration was compared with the BR. The DCS proved to be feasible and competitive with the BR: during the same or shorter time the recoveries of the components were higher. Then the DCS was extended to a more flexible version (Generalised Double-Column System, GDCS), which is suitable for the separation of binary homoazeotropic mixtures (by using an entrainer, in this work: cyclohexane or n- exane). The feasibility method was extended for the study of this configuration, as well. The GDCS proved to be feasible. Then the effects of its additional operational parameters on the duration were studied by rigorous simulation. The GDCS was compared with the DCS by rigorous simulation, as well. The GDCS proved to be more advantageous than the DCS: the duration was shorter and the specific energy demands of the products were lower. The DCS and GDCS were also investigated by laboratory and pilot plant experiments. First laboratory experiments were done for the separation of the binary heteroazeotropic mixture in a simple small size glass equipment operated as BR and DCS. The DCS proved to be feasible and competitive with the BR also on the basis of the results of these experiments: during the same time the recovery of both components were higher. Then a pilot plant was used for the same separation as a DCS. After this experiment the separation of the binary homoazeotropic mixture by using n-hexane as entrainer was studied in the equipment operated as BR and GDCS. The experiment showed that the simultaneous production of two components is feasible also in the GDCS.

Nous étudions les triangulations dans des espaces de courbure négative constante, en théorie et en pratique. Ce travail est motivé par des applications dans des domaines variés. Nous considérons les complexes de Delaunay et les diagrammes de Voronoï dans la boule de Poincaré, modèle conforme de l'espace hyperbolique, en dimension quelconque. Nous utilisons l'espace des sphères pour la description des algorithmes. Nous étudions aussi les questions algébriques et arithmétiques et observons que les calculs effectués sont rationnels. Les démonstrations sont basées sur des raisonnements géométriques et n'utilisent aucune formulation analytique de la distance hyperbolique. Nous présentons une implantation complète, exacte et efficace en dimension deux. Le code est développé en vue d'une intégration dans la bibliothèque CGAL, qui permettra une diffusion à un large public. Nous étudions ensuite les triangulations de Delaunay des surfaces hyperboliques fermées. Nous définissons une triangulation comme un complexe simplicial afin de permettre l'adaptation de l'algorithme incrémentiel connu pour le cas euclidien. Le cœur de l'approche consiste à montrer l'existence d'un revêtement fini dans lequel les fibres définissent toujours une triangulation de Delaunay. Nous montrons une condition suffisante sur la longueur des boucles non contractiles du revêtement. Dans le cas particulier de la surface de Bolza, nous proposons une méthode pour construire un tel revêtement, en étudiant les sous groupes distingués du groupe fuchsien définissant la surface. Nous considérons des aspects liés à l'implantation. / We study triangulations of spaces of constant negative curvature -1 from both theoretical and practical points of view. This is originally motivated by applications in various fields such as geometry processing and neuro mathematics. We first consider Delaunay complexes and Voronoi diagrams in the Poincaré ball, a conformal model of the hyperbolic space, in any dimension. We use the framework of the space of spheres to give a detailed description of algorithms. We also study algebraic and arithmetic issues, observing that only rational computations are needed. All proofs are based on geometric reasoning, they do not resort to any use of the analytic formula of the hyperbolic distance. We present a complete, exact, and efficient implementation of the Delaunay complex and Voronoi diagram in the 2D hyperbolic space. The implementation is developed for future integration into the CGAL library to make it available to a broad public. Then we study the problem of computing Delaunay triangulations of closed hyperbolic surfaces. We define a triangulation as a simplicial complex, so that the general incremental algorithm for Euclidean Delaunay triangulations can be adapted. The key idea of the approach is to show the existence of a finite-sheeted covering space for which the fibers always define a Delaunay triangulation. We prove a sufficient condition on the length of the shortest non-contractible loops of the covering space. For the specific case of the Bolza surface, we propose a method to actually construct such a covering space, by studying normal subgroups of the Fuchsian group defining the surface. Implementation aspects are considered.

Les travaux présentés dans ce mémoire de thèse s'intéressent à la validation fonctionnelle de contrôleurs logiques par des techniques de test de conformité et de validation en boucle fermée. Le modèle de spécification est décrit dans le langage industriel Grafcet et le contrôleur logique est supposé être un automate programmable industriel (API) mono-tâche. Afin de contribuer à ces techniques de validation fonctionnelle, ces travaux présentent : - Une extension d'une méthode de formalisation du Grafcet par traduction sous la forme d'une machine de Mealy. Cette extension permet de produire un modèle formel de la spécification lorsque le Grafcet est implanté selon un mode d'interprétation sans recherche de stabilité, qui n'est pas préconisé dans la norme IEC 60848 mais largement utilisé dans les applications industrielles. - Une contribution au test de conformité par la définition d'un ensemble de relations de conformité basées sur l'observation de plusieurs cycles d'exécution pour chaque pas de test. - Une contribution à la validation en boucle fermée par la définition d'un critère de fin d'observation et par une technique d'identification en boite grise pour la construction et l'analyse du système en boucle fermée. / The results presented in this PhD thesis deal with functional validation of logic controllers using conformance test and closed-loop validation techniques. The specification model is written in the Grafcet language and the logic controller is assumed to be a Programmable Logic Controller (PLC). In order to contribute to these validation techniques, this thesis presents: - An axtension to a fomalization methods for Grafcet languages by translation to a Mealy machine. This extension generates a formal model of a Grafcet specification that is interpreted without search of stability. This mode of interpretation is not recommended by the standard IEC 60848 but is widely used in industrial applications. - A contribution to conformance test by a definition of a set of conformance relation based on the observation of several execution cycles for each test step. - A contribution to closed-loop validation by the definition of a termination criterion and by a new gray-box identification technique that is used for construction and analysis of the closed-loop system.

La maladie de Parkinson est la seconde maladie neuro-dégénérative la plus fréquente à travers le monde. Dans ce contexte, le projet de recherche associé à cette thèse vise à améliorer le traitement symptomatique de la maladie de Parkinson, par le développement de procédés de stimulation cérébrale profonde adaptative. Le travail de cette thèse repose sur la conception d’un ASIC d’enregistrement et de traitement de signaux neuronaux, répondant à divers enjeux :un traitement continu et en temps réel focalisé sur des bandes spécifiques très basses-fréquences et largement configurables. L’objectif est d’utiliser l’information traitée pour le contrôle et la génération d’un signal de stimulation. Cet ASIC a été développé, caractérisé électroniquement et utilisé dans un contexte in vivo. Un système en boucle fermée a été réalisé à partir de cet ASIC, se montrant fonctionnel. Ces validations expérimentales in vivo ouvrent de nombreuses possibilités d’investigation du concept de stimulation cérébrale en boucle fermée. / Parkinson’s disease is the second most common neurodegenerative diseases throughout theworld. In this context, the research project associated with this thesis is to improve the symptomatictreatment of Parkinson’s disease through the development process of deep brain stimulationadaptive. The work of this thesis is based on the design of an ASIC for recording andprocessing of neural signals, in response to a variety of issues : ongoing treatment and real-timefocus on specific bands of very low-frequency and highly configurable. The goal is to use theprocessed information to the control and generation of a stimulation signal. This ASIC wasdeveloped, characterized and used electronically in a context in vivo. A closed-loop system wasmade from the ASIC, showing functional. These in vivo validations open up many possibilitiesfor investigation of the concept of closed-loop brain stimulation.

Cette étude s'inscrit dans le cadre d'un projet régional ayant pour objectif la conception et la commande d'une machine de rééducation des membres inférieurs. Le premier chapitre a permis de mettre en évidence les atouts d'une rééducation en chaîne musculaire fermée (CMF). En effet, cette technique de rééducation permet la récupération rapide des fonctions motrices et le renforcement musculaire des membres inférieurs tout en garantissant l'équilibre dynamique des articulations. Le second chapitre présente alors le concept cinématique d'une nouvelle machine de rééducation en CMF ainsi que sa structure de contrôle-commande générique. Le troisième chapitre traite la partie continue de cette structure de commande afin d'assurer la stabilité en suivi de trajectoire du système robotisé tout en atténuant les efforts de l'utilisateur sur le dispositif. Ainsi, une méthodologie de synthèse de loi de commande non linéaire garantissant la stabilité en suivi de trajectoire pour la classe des multimodèles de type Takagi-Sugeno sous forme descripteur a été proposée. Pour ce faire, des conditions LMIs ont été obtenues sur la base de la théorie de Lyapunov. Le quatrième chapitre traite le générateur de consigne qui permet, quant à lui, la conduite volontaire du dispositif par l'utilisateur via la mesure de ses interactions avec le dispositif de rééducation. La structure de commande est validée en simulation pour le nouveau dispositif Sys-Rééduc et, ce dernier n'étant pas pour l'heure disponible pour des tests en situation réelle, une validation expérimentale a été proposée sur la machine Multi-Iso de rééducation en chaîne musculaire ouverte disponible au CReSTIC.

Cette thèse aborde le problème de diagnostic à base de modèles pour la classe des systèmes dynamiques modélisés sous forme LPV (Linéaires à Paramètres Variants). Nous présentons une nouvelle méthode de synthèse de filtres de détection et localisation robustes. Une condition suffisante est établie pour garantir les performances en terme de sensibilité du signal indicateur de défauts vis à vis de la classe de défauts considérés. La méthode proposée permet également de formuler des contraintes de robustesse vis-à-vis des paramètres variants dans le temps et des perturbations exogènes. L'approche permet de prendre en compte la loi de commande dans la synthèse du filtre de diagnostic. Le problème de synthèse est formulé comme un problème d'optimisation convexe sous contraintes et pouvant être résolu efficacement par les techniques LMI (Inégalités Linéaires Matricielles).<br />La méthodologie est appliquée à des exemples académiques et à un système industriel se prêtant particulièrement bien à une modélisation LPV, le circuit secondaire d'une centrale nucléaire. Les résultats obtenus montrent l'efficacité de la méthode.

Le but de ce travail est d'exposer de nouveaux résultats concernant l'utilisation d'une classe particulière de réseaux de neurones formels (les Perceptrons Affines Par morceaux: PAP) dans le cadre du contrôle optimal en boucle fermée. Les résultats principaux obtenus sont: plusieurs propriétés des PAP, concernant la nature des fonctions qu'ils peuvent émuler, un théorème constructif de représentation des fonctions continues affines par morceaux, qui permet de construire explicitement un PAP à partir d'une collection de fonctions affines, une série d'heuristiques pour l'apprentissage des paramètres d'un perceptron dans une boucle fermée et dans un cadre de contrôle optimal, des résultats théoriques concernant la stabilité de PAP utilisés comme contrôleurs. La dernière partie est consacrée des applications de ces résultats à la construction automatique de contrôleurs de la combustion de moteurs de voiture, qui ont donné lieu au dépot de deux brevets par Renault.

Ce mémoire est centré sur l'optimisation dynamique de mouvements de systèmes articulés plans travaillant en boucle fermée. L'application visée est l'optimisation de pas de marche de robots bipèdes. La première partie est consacrée au développement de modèles dynamiques de systèmes bouclés adaptés au problème de l'optimisation lorsqu'on fait appel au principe du maximum de Pontryagin. Le problème d'optimisation est traité dans la deuxième partie. La démarche utilisée consiste à ouvrir la chaîne au niveau d'une liaison bien choisie et à traiter les efforts de liaison comme des efforts de commande complémentaires. La condition de fermeture de la chaîne est alors considérée comme une contrainte du problème d'optimisation et est traitée par une méthode de pénalité. Le troisième chapitre contient des simulations numériques relatives à des mécanismes plans suractionnés de type robots parallèles. Les principaux résultats concernent l'optimisation de pas de marche de bipèdes plans à pattes bisegmentaires et trisegmentaires.

Pascal Dufour est maître de conférences en section 61 du CNU, à l'Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL1), affecté au département Génie Electrique et des Procédés (GEP) de la Faculté des Sciences et Technologies (FST) et au Laboratoire d'Automatique et de Génie des Procédés (LAGEP), qui est l'UMR 5007 CNRS-UCBL1. Il y est membre de l'équipe "Systèmes Non Linéaires et Procédés" (SNLEP). Pascal Dufour travaille sur des projets de recherche en automatique dans le génie des procédés. Fondamentalement, il s'intéresse aux développements et aux applications d'outils théoriques de commande de procédé : commande prédictive, design en ligne d'expériences optimales couplé à l'identification en ligne de paramètres du modèle, et développement de logiciels (MPC@CB et ODOE4OPE par exemple). Ceci est fortement lié à des problèmes réels issus du génie des procédés. Il développe et applique des outils théoriques de commande sur des cas réels en génie des procédés, à travers des projets nécessitant une approche pluridisciplinaire : séchage de peinture, cuisson de polymère, dépollution de gaz par réaction catalytique, digesteur de pulpe à papier, cuisson de peinture, réacteur de polymérisation, lyophilisation de produit pharmaceutique, séchage de pâtes alimentaires ... Ceci en partant de théories variées, pour aller à l'étude en simulation puis à l'implantation de la loi de commande sur le procédé réel. A partir des problèmes réels traités en génie des procédés, sa stratégie de recherche est de contribuer à travailler à l'amélioration et à l'optimisation des performances de ces procédés vus comme des systèmes continus, via des approches automatique en boucle fermée. Il a 2 axes de recherche : Historiquement, son premier axe de recherche soutient l'idée de formuler un problème de conduite d'un procédé, où l'on cherche à obtenir un produit final avec certaines propriétés souhaitées, en un problème de conduite en ligne à résoudre pendant l'exploitation. Cela se traduit alors en problème d'optimisation (poursuite de trajectoire, optimisation de vitesse, ...) avec prise en compte de diverses contraintes (sur l'entrée, la sortie, voir l'état). La stratégie de commande prédictive basée sur un modèle est utilisée dans ses travaux. La méthode personnelle de Pascal Dufour a été développée pour des problèmes où le temps nécessaire pour calculer la solution du modèle peut être important (par rapport à la relativement courte durée du prélèvement) et où quelques itérations sont donc autorisées pour l'optimiseur de donner une solution. Par conséquent, l'idée principale de cette méthode est que le modèle soit résolu rapidement et que les contraintes dures soient satisfaites à tout moment, afin que la commande soit physiquement applicable. Par ailleurs, pour les contraintes molles, si elles ne peuvent pas toutes être satisfaites à tout moment, la solution amenant aux moindres violations de contrainte peut être trouvée. Ce dernier point à son utilité, par exemple si, du fait des perturbations ayant un fort impact sur une sortie contrainte, celle-ci ne peut pas être satisfaite. Plus récemment, il a créée son second axe de recherche se situant à la frontière entre le design d'expériences optimales et l'identification en ligne de paramètres, le tout basé sur des outils de l'automatique (notamment commande prédictive et observateur). En effet, on peut se retrouver avec des phénomènes dont la modélisation (continue) est soit assez incomplète, soit trop détaillée pour pouvoir identifier tous les paramètres correctement. Dans ce cas, ces incertitudes paramétriques peuvent avoir par la suite un impact non négligeable sur les performances de la conduite en ligne. Depuis quelques années, Pascal Dufour s'intéresse donc aussi au problème d'identification en ligne de paramètres pour la modélisation. L'idée est la suivante : pour une structure de modèle dynamique choisi, l'approche permet de fournir, conjointement l'expérience optimale à réaliser et les estimations des paramètres initialement inconnus du modèle. Bien entendu, cette approche est soumise à des hypothèses, mais qui peuvent être vérifiées. Cette approche de commande (conduite) en boucle fermée utilise divers outils de l'automatique avancée étudiés dans l'équipe SNLEP au LAGEP : la modélisation de systèmes continus (du temps), l'observateur (capteur logiciel) et la commande prédictive. Les perspectives sont là assez vastes, et c'est principalement dans cet axe (assez original semble t'il) que ses principales activités à court et moyen termes se situent. En termes d'encadrement de jeunes chercheurs : il a participé à divers projets de recherche académiques et industriels, ce qui lui a permis de participer à l'encadrement de : 5 thèses de doctorat (4 soutenues et 1 en cours), dont 3 officiellement encadrées 1 stagiaire postdoctoral, et en moyenne d'1 stagiaire M2R/DEA par an. En termes de valorisation : Les résultats de ces travaux ont fait l'objet de publications : 12 articles de revues internationales avec comité de lecture, 2 articles de revues nationales avec comité de lecture, 18 congrès internationaux avec comité de sélection et avec actes 3 congrès nationaux avec comité de sélection et avec actes. Elles sont toutes en archives ouvertes : hal.archives-ouvertes.fr/DUFOUR-PASCAL-C-3926-2008 2 logiciels (en cours de dépôt) sont issus de ces recherches : Décembre 2010 : demande de dépôt d'un logiciel d'aide automatisée à l'identification optimale en boucle fermée (ODOE4OPE), via LST le 9 décembre 2010 (L829), à l'Agence de Protection des Programmes. Plus d'informations sur ce logiciel sur http://ODEO4OPE.univ-lyon1.fr Janvier 2007 : dépôt d'un logiciel de commande prédictive MPC@CB, déposé auprès d'EZUS Lyon 1 (enveloppe SOLEAU), et demandé à être redéposé, via LST le 26 octobre 2010 (L603), à l'Agence de Protection des Programmes. Ce logiciel fait l'objet en 2010 et 2011 d'un financement de l'ordre de 50kE par LST pour passer les codes sources Matlab dans un logiciel exploitable commercialement (1 projet retenu sur 3). Plus d'informations sur ce logiciel sur http://MPC-AT-CB.univ-lyon1.fr

Le cadre de cette étude est une variété fermée de dimension au moins six qui est munie d'une classe de cohomologie de De Rham non-nulle. L'objectif de la thèse est de créer des outils pour répondre au problème de savoir si deux 1-formes fermées non-singulières (sans zéro) dans la classe fixée sont toujours isotopes. La réponse générale à la question est non, et une obstruction de type K-théorique est attendue. Il est toujours possible de relier deux 1-formes fermées non singulières par un chemin qui reste dans la classe de cohomologie ; l'isotopie des extrêmes du chemin équivaut à déformer le chemin par une homotopie relative en un autre constitué de 1-formes non-singulières. On introduit deux sortes de pseudo-gradients pour chaque nombre L positif : ceux avec une liaison L-élémentaire et ceux que nous appelons L-transverses. Ils forment une classe de champs de vecteurs adaptés aux 1-formes qui permettent de faire une lecture algébrique associée au chemin. Cette lecture est analogue à celle qui est faite dans la théorie de Hatcher-Wagoner qui traitait le problème d'isotopie pour les fonctions à valeurs réelles sans point critique. On réussit à trouver un nombre L assez grand pour déformer un chemin de 1-formes à deux indices critiques en un autre chemin muni d'un équipement L-transverse qui est sous forme normale. Les zéros d'un tel chemin de 1-formes qui sont nés ensemble, s'éliminent ensemble et de plus le graphique de Cerf-Novikov associé se ferme : la lecture algébrique citée appartient à un certain K_2, ce qui est au point de départ de la définition d'une obstruction à l'isotopie des 1-formes fermées non-singulières.