Cette thèse est une contribution à l'étude de la dynamique et du contrôle des oscillations grande-échelle qui se développent en régime subsonique dans le sillage d'un corps de révolution modélisant le corps central d'un lanceur. Pour plusieurs configurations (disque, sphère, culot franc), la transition stationnaire/instationnaire est caractérisée par une étude de stabilité de l'écoulement axisymétrique à faible nombre de Reynolds. On montre tout d'abord que les oscillations sont liées à une instabilité absolue du sillage proche. On utilise ensuite une approche globale de la stabilité, mieux adaptée aux écoulements non parallèles. Une unique séquence de bifurcation est mise en évidence pour cette classe d'écoulements, impliquant un mode stationnaire et un mode oscillant à basse fréquence. Une analyse basée sur la théorie des formes normales montre qu'au seuil d'apparition des instationnarités, la fréquence et l'organisation spatiale de l'écoulement sont fixées par l'interaction non linéaire de ces modes. On montre également qu'augmenter la compressibilité affaiblit la production des perturbations et augmente leur transport, ce qui induit une stabilisation de l'écoulement. Une analyse de sensibilité des valeurs propres à un forçage stationnaire permet ensuite de développer une approche systématique du contrôle en boucle ouverte en régime compressible. Cette approche est appliquée au culot franc, ce qui constitue un premier pas dans la perspective d'un contrôle de l'écoulement en configuration industrielle. Diverses méthodes ont été analysées, notamment l'introduction d'un! corps secondaire, un dépôt d'énergie ou un! souffla ge au culot («base bleed»).

Dans un contexte de raréfaction des ressources et de limitation des capacités d'adaptation de l'environnement, la minimisation des impacts environnementaux de l'activité humaine représente un des objectifs majeurs du développement durable. Proposer des dispositifs présentant de meilleures performances environnementales nécessite une démarche de conception spécifique intégrant des critères environnementaux crédibles. Il s'agit en effet d'agir dès la conception d'un produit (ou d'un service) afin de bénéficier du maximum de latitude pour minimiser ses impacts environnementaux. Cette démarche se nomme l'éco-conception. Rejoignant cette thématique, ces travaux ciblent des applications du domaine du Génie Electrique et plus particulièrement celui des convertisseurs électromagnétiques d'énergie. Ces composants présentent la particularité d'être fondamentalement, à l'usage, consommateurs d'énergie. Cet aspect implique un fort couplage entre le mode de fonctionnement du dispositif et son dimensionnement sur son cycle de vie. Ce travail de thèse aborde dans une première partie l'analyse sur cycle de vie ainsi que les principes fondamentaux de la démarche d'éco-conception. Les perspectives méthodologiques que ces considérations ouvrent dans le domaine plus spécifique du Génie Electrique sont ensuite décrites. Dans une seconde partie, trois cas d'étude en Génie Electrique de complexité croissante, font l'objet d'applications des principes d'éco-conception : un transformateur monophasé simplifié à alimentation fixe, une machine asynchrone monophasée à condensateur permanent réelle (produit commercial) et présentant des durées de fonctionnement très brèves, et enfin une machine asynchrone triphasée alimentée à fréquence variable. Les critères environnementaux retenus pour les optimisations sont l'énergie globale sur cycle de vie et les émissions de gaz à effet de serre. En effet, la prise en compte d'autres impacts environnementaux est identique du point de vue méthodologique. Lors de ces études, nous montrons qu'il est intéressant d'optimiser la conception de ces convertisseurs électromagnétiques sur cycle de vie, lorsque leur durée cumulée de fonctionnement est faible devant leur durée d'usage. Le niveau de puissance de fonctionnement des convertisseurs est aussi un paramètre ayant une action significative sur les résultats d'éco-conception. Le paramétrage des trois cas d'études fait par ailleurs l'objet de différentes analyses de sensibilité permettant de cerner plus précisément, sur les résultats d'optimisation, l'influence des coûts énergétiques élémentaires, des choix des matériaux constituant le dispositif, etc. Enfin, pour les convertisseurs d'énergie, nous introduisons la notion de rendement énergétique sur cycle de vie prenant en compte leur efficacité globale.

Abstract: This work is concerned with the development and the implementation of a global optimization method for solving nonlinear nonconvex problems with continuous or mixed integer variables, related to power systems analysis. The proposed method relaxes the problem under study into a linear outer approximation problem by using the concept of special ordered sets. The obtained problem is then successively refined by a branch-and-bound strategy. In this way, the convergence to a global optimum is guaranteed, provided the discrete variables or those appearing nonlinearly in the original problem are bounded. Our method, conceived to solve a specific kind of problem, has been developed in a general framework in such a way that it can be easily extended to solve a large class of problems. We first derive the method theoretically and next present numerical results, fixing some choices inherent to the method to make it as optimal as possible. / Résumé: Ce travail a pour objet la conception et l'implémentation d'une méthode d'optimisation globale pour la résolution de problèmes non linéaires et non convexes, continus ou avec variables mixtes (entières et continues), issus de l'analyse des réseaux électriques. La méthode proposée relâche le problème traité en un problème d'approximation externe linéaire en se basant sur le concept d ensembles spécialement ordonnés. Le problème obtenu est alors successivement raffiné grâce à une stratégie de branch-and-bound. La convergence vers un optimum global est ainsi assurée, pour autant que les variables discrètes ou apparaissant non linéairement dans le problème de départ soient bornées. Notre méthode, mise au point pour résoudre un type de problème bien particulier, a été conçue dans un cadre général permettant une extension aisée à la résolution d'une grande variété de problèmes. Nous développons tout d'abord la méthode théoriquement et présentons ensuite des résultats numériques dont le but est de fixer certains choix inhérents à la méthode afin de la rendre la plus optimale possible.

A mechatronic system is an assembly of technological components, such as a mechanism, sensors, actuators, and a control unit. Recently, a number of researchers and industrial manufacturers have highlighted the potential advantages of lightweight parallel mechanisms with respect to the accuracy, dynamic performances, construction cost, and transportability issues. The design of a mechatronic system with such a mechanism requires a multidisciplinary approach, where the mechanical deformations have to be considered. This thesis proposes two original contributions in this framework. (i) First, a modular and systematic method is developed for the integrated simulation of mechatronic systems, which accounts for the strongly coupled dynamics of the mechanical and non-mechanical components. The equations of motion are formulated using the nonlinear Finite Element approach for the mechanism, and the block diagram language for the control system. The time integration algorithm relies on the generalized-alpha method, known in structural dynamics. Hence, well-defined concepts from mechanics and from system dynamics are combined in a unified formulation, with guaranteed convergence and stability properties. Several applications are treated in the fields of robotics and vehicle dynamics. (ii) Usual methods in flexible multibody dynamics lead to complex nonlinear models, not really suitable for control design. Therefore, a systematic nonlinear model reduction technique is presented, which transforms an initial high-order Finite Element model into a low-order and explicit model. The order reduction is obtained using the original concept of Global Modal Parameterization: the motion of the assembled mechanism is described in terms of rigid and flexible modes, which have a global physical interpretation in the configuration space. The reduction procedure involves the component-mode technique and an approximation strategy in the configuration space. Two examples are presented: a four-bar mechanism, and a parallel kinematic machine-tool. Finally, both simulation and modeling tools are exploited for the dynamic analysis and the control design of an experimental lightweight manipulator with hydraulic actuators. A Finite Element model is first constructed and validated with experimental data. A reduced model is derived, and an active vibration controller is designed on this basis. The simulation of the closed-loop mechatronic system predicts remarkable performances. The model-based controller is also implemented on the test-bed, and the experimental results agree with the simulation results. The performances and the other advantages of the control strategy demonstrate the relevance of our developments in mechatronics.

L'objectif de cette thèse est d'une part l'étude de la stabilité des équilibres de certains modèles épidémiologiques et d'autre part la construction d'un observateur pour l'estimation des états non mesurés et d'un paramètre clé pour un modèle intra-hôte. Nous proposons des extensions des modèles du type SIR, SIRS et SIS et nous étudions la stabilité globales de leur équilibres. En présence de plusieurs souches de pathogène d'un modèle SIS, on montre que le principe de compétition exclusive est vérifié: la souche qui maximise un seuil remporte la compétition en éliminant les autres souches. Il se trouve aussi que la souche gagnante est celle qui donne à l'équilibre le minimum de population hôte susceptible. Ceci peut-être interprété comme étant un principe de pessimisation. En considérant ce modèle avec cette fois une loi de contact de type fréquence-dépendante, on montre que la dynamique change et qu'un équilibre de coexistence existe et qui est globalement asymptotiquement stable sous certaines conditions. Le comportement asymptotique des deux équilibres frontières est aussi prouvée. L'étude de la stabilité des états d'équilibres est essentiellement faite par la construction des fonctions de Lyapunov combiné avec le principe d'invariance de LaSalle. On considère un modèle intra-hôte structuré en classe d'âge du parasite Plasmodium falciparum avec une force d'infection général. Nous développons une méthode d'estimation de la charge parasitaire totale dont on ne sait mesurée par les méthodes actuellement connues. Pour cela nous utilisons les outils de la théorie du contrôle, plus particulièrement les observateurs à entrées inconnues, pour estimer les états non mesurés à partir des états mesurés (données). De cela nous déduisons une méthode d'estimation d'un paramètre inconnu qui représente le taux d'infection des globules rouges saines par les parasites.

Low-grade mineral deposits lead to a very high tonnage excavation with the adherent economical and environmental problems belong to gas emissions and minerals recovery costs, which, accompanied by the higher operational and equipment costs and the higher demand for the mineral resources, lead to increasing of mineral commodities prices, especially metals. These challenges can be overcome through mine planning optimization. Therefore, an approach for the global optimization of the integrated mining and processing operations is designed by a dynamic and simulation model construction. By applying a case study and through mining selectivity strategy, deeply investigation of the ore parameters (especially mineral liberation grain size and hardness), and proper arrangements for the plant facilities, mineral production is realized, with better quality, lower environmental impacts, lower costs, and higher economic benefits.

Un véhicule hybride est un véhicule qui dispose d'au moins deux sources d'énergie pour son déplacement. Dans le cas du véhicule hybride thermique électrique, une source est non-réversible (réservoir de carburant) l'autre est réversible (batterie).<br />Le problème est d'utiliser de manière optimum par rapport à la consommation de carburant (et donc les émissions de CO2) l'énergie disponible dans la batterie. Cette optimisation est possible en utilisant au mieux les degrés de liberté de la chaîne de traction du véhicule (rapports de boîte par exemple), tout en satisfaisant la demande de puissance du conducteur.

Cette étude porte sur les apports de l'automatique dans les systèmes intégrés sur Silicium pour la synthèse de radio-fréquences de l'ordre du Giga-Hertz avec une pureté spectrale optimale. La base des architectures qui réalisent cette fonction repose sur celle des boucles à verrouillage de phase (PLL). Ce travail se positionne par rapport aux di érents modèles existants et apporte des améliorations pour l'étude du bruit de phase et de la robustesse de ces systèmes non linéaires avec entre autres un outil pour l'analyse de la stabilité et de la robustesse semi globale. Ces travaux ont permis l'optimisation d'une nouvelle architecture fractionnaire réalisée et testée. L'approche systémique propre à l'automatique a aussi permis d'améliorer les performances des architectures numériques grâce à un observateur et un contrôleur robuste de type Hinfini. Leur implémentation sur Silicium est rendue possible grâce à des algorithmes qui visent à réduire la surface du circuit.

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