FundaÃÃo Cearense de Apoio ao Desenvolvimento Cientifico e TecnolÃgico / With the globalization and the competitiveness in all the levels of the industrial sector, the final product quality search became higher. On the other hand, energy saving became another important factor in modern industry. The consumption of electric energy in the industrial sector represents 45.5% of the total consumption of the country. The motor force represents most of this consumption, arriving to be superior of 80% in the textile, paper and cellulose sectors. This work presents two strategies of control, auto-adjustable PID and fuzzy controller, the objectives are a better final product quality and the energy saving. Ventilation and compression industrials process are used in this work. An analysis of limit cyclesâ presence through the descriptive function of the fuzzy controller is carried through, providing a previously validation of fuzzy controllerâs parameters by simulations, saving time in the adjust phase. Set-point changes are easily made and on-line, still the process is running, in the two considered controllers. Comparisons of energy consumption are made between the conventional strategies and the two strategies considered in this work. / Com a globalizaÃÃo e a competitividade em todos os nÃveis do setor industrial, a qualidade do produto final se tornou de importÃncia crescente. Por outro lado, a conservaÃÃo de energia no setor industrial se tornou outro fator importante na indÃstria moderna. O consumo de energia elÃtrica do setor industrial representa 45,5% do consumo total do paÃs. A forÃa motriz representa a maior parte deste consumo, chegando a ser superior a 80% nos setores tÃxtil, de papel e celulose. Este trabalho apresenta duas estratÃgias de controle, PID auto-ajustÃvel e controlador nebuloso, e tÃm como objetivos tanto a qualidade do produto final quanto a eficiÃncia energÃtica. SÃo utilizados processos de ventilaÃÃo e de compressÃo em escala industriais. Uma anÃlise da presenÃa dos ciclos limites atravÃs da funÃÃo descritiva do controlador nebuloso à realizada, de forma que os parÃmetros do controlador nebuloso podem ser previamente validados atravÃs de simulaÃÃes, poupando tempo na fase de ajuste dos parÃmentros do controlador. MudanÃas de set-point sÃo facilmente realizadas de forma online e sem que o funcionamento do processo seja descontinuado, nos dois controladores propostos. ComparaÃÃes quanto ao consumo de energia sÃo realizadas usando as estratÃgias de controle convencionais e as proposta neste trabalho.

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Les convertisseurs électroniques font actuellement l'objet d'intensives recherches en raison de l'intérêt grandissant pour l'électronique de puissance. Ceci est principalement dû au grand nombre d'applications dans lesquelles ils apparaissent, comme, par exemple, dans les ordinateurs et téléphones portables, les véhicules, les équipements électroniques industriels, les grands systèmes de communication et bien plus encore. Ces investigations portent particulièrement deux points. Le premier concerne la recherche de topologies de convertisseurs dédiées à chaque application. Le second point traite de la conception de mécanismes de contrôle assurant que les objectifs de conversion sont satisfaits. Ma thèse se concentre sur l'élaboration des solutions de contrôle pour deux types de convertisseurs, qui ont des propriétés et des applications intéressantes. Les convertisseurs considérés sont, premièrement, un inverseur type « boost », et ensuite, un convertisseur « DC-DC VddHopping » pour les applications de faible puissance. Dans le premier cas, l'inverseur type boost, l'objectif de contrôle peut être vu comme la génération d'un cycle limite stable. Ce cycle limite est défini par une amplitude et une fréquence données. Les tensions de sortie des deux parties du système présentent, pour cette fréquence, un comportement sinusoïdal avec un changement de phase pré-spécifié. De plus, la loi de commande doit inclure des propriétés de robustesse par rapport à un certain nombre de contraintes. Par exemple, nous considérerons le cas de charges connues mais aussi inconnues. Un autre objectif important est de déterminer un ensemble de valeurs initiales de voltage et de courants, pour lesquelles les variables du système tendent vers leurs équilibres lorsque la loi de commande est appliquée à l'investisseur « boost». La deuxième partie de la thèse met l'accent sur le contrôle du convertisseur Vdd-Hopping DC-DC, consacré à des technologies de faible puissance. Ce travail se situe dans le cadre du projet national français appelé ARAVIS, parrainé par le pôle de compétitivité international Minalogic. Bien que ce soit aussi un convertisseur, la structure et la dynamique de ce système ainsi que les objectifs de contrôle sont radicalement différents du précédent. Ici il s'agit d'un système non linéaire du premier ordre. La sortie doit atteindre une valeur constante désirée et certaines requêtes exigées pour des systèmes de faible puissance doivent être satisfaites, telles qu'une haute efficacité, la stabilité de l'équilibre, la robustesse de l'équilibre incluant des retards et des incertitudes sur les paramètres, des phases transitoires rapides, la fiabilité, etc...

This thesis is concerned with nonlinear analyses of BWR stability behaviour, contributing to a deeper understanding in this field. Despite negative feedback-coefficients of a BWR, there are operational points (OP) at which oscillatory instabilities occur. So far, a comprehensive and an in-depth understanding of the nonlinear BWR stability behaviour are missing, even though the impact of the significant physical parameters is well known. In particular, this concerns parameter regions in which linear stability indicators, like the asymptotic decay ratio, lose their meaning. Nonlinear stability analyses are usually carried out using integral (system) codes, describing the dynamical system by a system of nonlinear partial differential equations (PDE). One aspect of nonlinear BWR stability analyses is to get an overview about different types of nonlinear stability behaviour and to examine the conditions of their occurrence. For these studies the application of system codes alone is inappropriate. Hence, in the context of this thesis, a novel approach to nonlinear BWR stability analyses, called RAM-ROM method, is developed. In the framework of this approach, system codes and reduced order models (ROM) are used as complementary tools to examine the stability characteristics of fixed points and periodic solutions of the system of nonlinear differential equations, describing the stability behaviour of a BWR loop. The main advantage of a ROM, which is a system of ordinary differential equations (ODE), is the possible coupling with specific methods of the nonlinear dynamics. This method reveals nonlinear phenomena in certain regions of system parameters without the need for solving the system of ROM equations. The stability properties of limit cycles generated in Hopf bifurcation points and the conditions of their occurrence are of particular interest. Finally, the nonlinear phenomena predicted by the ROM will be analysed in more details by the system code. Hence, the thesis is not focused on rendering more precisely linear stability indicators like DR. The objective of the ROM development is to develop a model as simple as possible from the mathematical and numerical point of view, while preserving the physics of the BWR stability behaviour. The ODEs of the ROM are deduced from the PDEs describing the dynamics of a BWR. The system of ODEs includes all spatial effects in an approximated (spatial averaged) manner, e.g. the space-time dependent neutron flux is expanded in terms of a complete set of orthogonal spatial neutron flux modes. In order to simulate the stability characteristics of the in-phase and out-of-phase oscillation mode, it is only necessary to take into account the fundamental mode and the first azimuthal mode. The ROM, originally developed at PSI in collaboration with the University of Illinois (PSI-Illinois-ROM), was upgraded in significant points: • Development and implementation of a new calculation methodology for the mode feedback reactivity coefficients (void and fuel temperature reactivity) • Development and implementation of a recirculation loop model; analysis and discussion of its impact on the in-phase and out-of-phase oscillation mode • Development of a novel physically justified approach for the calculation of the ROM input data • Discussion of the necessity of consideration of the effect of subcooled boiling in an approximate manner With the upgraded ROM, nonlinear BWR stability analyses are performed for three OPs (one for NPP Leibstadt (cycle7), one for NPP Ringhals (cycle14) and one for NPP Brunsbüttel (cycle16) for which measuring data of stability tests are available. In this thesis, the novel approach to nonlinear BWR stability analyses is extensively presented for NPP Leibstadt. In particular, the nonlinear analysis is carried out for an operational point (OP), in which an out-of-phase power oscillation has been observed in the scope of a stability test at the beginning of cycle 7 (KKLc7_rec4). The ROM predicts a saddle-node bifurcation of cycles, occurring in the linear stable region, close to the KKLc7_rec4-OP. This result allows a new interpretation of the stability behaviour around the KKLc7_rec4-OP. The results of this thesis confirm that the RAM-ROM methodology is qualified for nonlinear BWR stability analyses. / Die vorliegende Dissertation leistet einen Beitrag zum tieferen Verständnis des nichtlinearen Stabilitätsverhaltens von Siedewasserreaktoren (SWR). Trotz der Tatsache, dass in diesem technischen System nur negative innere Rückkopplungskoeffizienten auftreten, können in bestimmten Arbeitspunkten oszillatorische Instabilitäten auftreten. Obwohl relativ gute Kenntnisse über die signifikanten physikalischen Einflussgrößen vorliegen, fehlt bisher ein umfassendes Verständnis des SWR-Stabilitätsverhaltens. Das betrifft insbesondere die Bereiche der Systemparameter, in denen lineare Stabilitätsindikatoren, wie zum Beispiel das asymptotische Decay Ratio (DR), ihren Sinn verlieren. Die nichtlineare Stabilitätsanalyse wird im Allgemeinen mit Systemcodes (nichtlineare partielle Differentialgleichungen, PDG) durchgeführt. Jedoch kann mit Systemcodes kein oder nur ein sehr lückenhafter Überblick über die Typen von nichtlinearen Phänomenen, die in bestimmten System-Parameterbereichen auftreten, erhalten werden. Deshalb wurde im Rahmen der vorliegenden Arbeit eine neuartige Methode (RAM-ROM Methode) zur nichtlinearen SWR-Stabilitätsanalyse erprobt, bei der integrale Systemcodes und sog. vereinfachte SWR-Modelle (ROM) als sich gegenseitig ergänzende Methoden eingesetzt werden, um die Stabilitätseigenschaften von Fixpunkten und periodischen Lösungen (Grenzzyklen) des nichtlinearen Differentialgleichungssystems, welches das Stabilitätsverhalten des SWR beschreibt, zu bestimmen. Das ROM, in denen das dynamische System durch gewöhnliche Differentialgleichungen (GDG) beschrieben wird, kann relativ einfach mit leistungsfähigen Methoden aus der nichtlinearen Dynamik, wie zum Beispiel die semianalytische Bifurkationsanalyse, gekoppelt werden. Mit solchen Verfahren kann, ohne das DG-System explizit lösen zu müssen, ein Überblick über mögliche Typen von stabilen und instabilen oszillatorischen Verhalten des SWR erhalten werden. Insbesondere sind die Stabilitätseigenschaften von Grenzzyklen, die in Hopf-Bifurkationspunkten entstehen, und die Bedingungen, unter denen sie auftreten, von Interesse. Mit dem Systemcode (RAMONA5) werden dann die mit dem ROM vorhergesagten Phänomene in den entsprechenden Parameterbereichen detaillierter untersucht (Validierung des ROM). Die Methodik dient daher nicht der Verfeinerung der Berechnung linearer Stabilitätsindikatoren (wie das DR). Das ROM-Gleichungssystem entsteht aus den PDGs des Systemcodes durch geeignete (nichttriviale) räumliche Mittelung der PDG. Es wird davon ausgegangen, dass die Reduzierung der räumlichen Komplexität die Stabilitätseigenschaften des SWR nicht signifikant verfälschen, da durch geeignete Mittlungsverfahren, räumliche Effekte näherungsweise in den GDGs berücksichtig werden. Beispielsweise wird die raum- und zeitabhängige Neutronenflussdichte nach räumlichen Moden entwickelt, wobei für eine Simulation der Stabilitätseigenschaften der In-phase- und Out-of-Phase-Leistungsoszillationen nur der Fundamentalmode und der erste azimuthale Mode berücksichtigt werden muss. Das ROM, welches ursprünglich am Paul Scherrer Institut (PSI, Schweiz) in Zusammenarbeit mit der Universität Illinois (USA) entwickelt wurde, ist in zwei wesentlichen Punkten erweitert und verbessert worden: • Entwicklung und Implementierung einer neuen Methode zur Berechnung der Rückkopplungsreaktivitäten • Entwicklung und Implementierung eines Modells zur Beschreibung der Rezirkulationsschleife (insbesondere wurde der Einfluss der Rezirkulationsschleife auf den In-Phase-Oszillationszustand und auf den Out-of-Phase-Oszillationszustand untersucht) • Entwicklung einer physikalisch begründeten Methode zur Berechnung der ROM-Inputdaten • Abschätzung des Einflusses des unterkühlten Siedens im Rahmen der ROM-Näherungen Mit dem erweiterten ROM wurden nichtlineare Stabilitätsanalysen für drei Arbeitspunkte (KKW Leibstadt (Zyklus 7) KKW Ringhals (Zyklus 14) und KKW Brunsbüttel (Zyklus 16)), für die Messdaten vorliegen, durchgeführt. In der Dissertationsschrift wird die RAM-ROM Methode ausführlich am Beispiel eines Arbeitspunktes (OP) des KKW Leibstadt (KKLc7_rec4-OP), in dem eine aufklingende regionale Leistungsoszillation bei einem Stabilitätstest gemessen worden ist, demonstriert. Das ROM sagt die Existenz eines Umkehrpunktes (saddle-node bifurcation of cycles, fold-bifurcation) voraus, der sich im linear stabilen Gebiet nahe der Stabilitätsgrenze befindet. Mit diesem ROM-Ergebnis ist eine neue Interpretation der Stabilitätseigenschaften des KKLc7_rec4-OP möglich. Die Resultate der in der Dissertation durchgeführten RAM-ROM Analyse bestätigen, dass das weiterentwickelte ROM für die Analyse des Stabilitätsverhaltens realer Leistungsreaktoren qualifiziert wurde.

Cette thèse est consacrée à l'étude de la dynamique des systèmes complexes. Nous construisons des réseaux couplés à partir de multiples instances de systèmes dynamiques déterministes, donnés par des équations différentielles ordinaires ou des équations aux dérivées partielles de type parabolique, qui décrivent un problème d'évolution. Nous étudions le lien entre la dynamique interne à chaque nœud du réseau, les éléments de la topologie du graphe portant ce réseau, et sa dynamique globale. Nous recherchons les conditions de couplage qui favorisent une dynamique globale particulière à l'échelle du réseau, et étudions l'impact des interactions sur les bifurcations identifiées sur chaque nœud. Nous considérons en particulier des réseaux couplés de systèmes de réaction-diffusion, dont nous étudions le comportement asymptotique, en recherchant des régions positivement invariantes, et en démontrant l'existence d'attracteurs exponentiels de dimension fractale finie, à partir d'estimations d'énergie qui révèlent la nature dissipative de ces réseaux de systèmes de réaction-diffusion. Ces questions sont étudiées dans le cadre de quelques applications. En particulier, nous considérons un modèle mathématique pour l'étude géographique des réactions comportementales d'individus, au sein d'une population en situation de catastrophe. Nous présentons les éléments de modélisation associés, ainsi que son étude mathématique, avec une analyse de la stabilité des équilibres et de leurs bifurcations. Nous établissons l'importance capitale des chemins d'évacuation dans les réseaux complexes construits à partir de ce modèle, pour atteindre l'équilibre attendu de retour au comportement du quotidien pour l'ensemble de la population considérée, tout en évitant une propagation du comportement de panique. D'autre part, la recherche de solutions périodiques émergentes dans les réseaux d'oscillateurs nous amène à considérer des réseaux complexes de systèmes hamiltoniens pour lesquels nous construisons des perturbations polynomiales qui provoquent l'apparition de cycles limites, problématique liée au XVIème problème de Hilbert. / This thesis is devoted to the study of the dynamics of complex systems. We consider coupled networks built with multiple instances of deterministicdynamical systems, defined by ordinary differential equations or partial differential equations of parabolic type, which describe an evolution problem.We study the link between the internal dynamics of each node in the network, its topology, and its global dynamics. We analyze the coupling conditions which favor a particular dynamics at the network's scale, and study the impact of the interactions on the bifurcations identified on each node. In particular, we consider coupled networks of reaction-diffusion systems; we analyze their asymptotic behavior by searching positively invariant regions, and proving the existence of exponential attractors of finite fractal dimension, derived from energy estimates which suggest the dissipative nature of those networks of reaction-diffusion systems.Our framework includes the study of multiple applications. Among them, we consider a mathematical model for the geographical analysis of behavioral reactions of individuals facing a catastrophic event. We present the modeling choices that led to the study of this evolution problem, and its mathematical study, with a stability and bifurcation analysis of the equilibria. We highlight the decisive role of evacuation paths in coupled networks built from this model, in order to reach the expected equilibrium corresponding to a global return of all individuals to the daily behavior, avoiding a propagation of panic. Furthermore, the research of emergent periodic solutions in complex networks of oscillators brings us to consider coupled networks of hamiltonian systems, for which we construct polynomial perturbationswhich provoke the emergence of limit cycles, question which is related to the sixteenth Hilbert's problem.

Response of flexible structures — such as cable-supported bridges and aircraft wings — is associated with a number of uncertainties in structural and flow parameters. This thesis is aimed at efficient uncertainty quantification in a few such flow and flow-induced structural response problems. First, the uncertainty quantification in the lift force exerted on a submerged body in a potential flow is considered. To this end, a new method — termed here as semi-intrusive stochastic perturbation (SISP) — is proposed. A sensitivity analysis is also performed, where for the global sensitivity analysis (GSA) the Sobol’ indices are used. The polynomial chaos expansion (PCE) is used for estimating these indices. Next, two stability problems —divergence and flutter — in the aeroelasticity are studied in the context of reliability based design optimization (RBDO). Two modifications are proposed to an existing PCE-based metamodel to reduce the computational cost, where the chaos coefficients are estimated using Gauss quadrature to gain computational speed and GSA is used to create nonuniform grid to reduce the cost even further. The proposed method is applied on a rectangular unswept cantilever wing model. Next, reliability computation in limit cycle oscillations (LCOs) is considered. While the metamodel performs poorly in this case due to bimodality in the distribution, a new simulation-based scheme proposed to this end. Accordingly, first a reduced-order model (ROM) is used to identify the critical region in the random parameter space. Then the full-scale expensive model is run only over a this critical region. This is applied to the rectangular unswept cantilever wing with cubic and fifth order stiffness terms in its equation of motion. Next, the wind speed is modeled as a spatio-temporal process, and accordingly new representations of spatio-temporal random processes are proposed based on tensor decompositions of the covariance kernel. These are applied to three problems: a heat equation, a vibration, and a readily available covariance model for wind speed. Finally, to assimilate available field measurement data on wind speed and to predict based on this assimilation, a new framework based on the tensor decompositions is proposed. The framework is successfully applied to a set of measured data on wind speed in Ireland, where the prediction based on simulation is found to be consistent with the observed data.

Submitted by Erika Demachki (erikademachki@gmail.com) on 2015-05-20T18:30:38Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Lucyjane de Almeida Silva - 2015.pdf: 1357945 bytes, checksum: c6e7c0e30627101c90a6eb4ae00a5c4d (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Approved for entry into archive by Erika Demachki (erikademachki@gmail.com) on 2015-05-20T18:32:39Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Lucyjane de Almeida Silva - 2015.pdf: 1357945 bytes, checksum: c6e7c0e30627101c90a6eb4ae00a5c4d (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-05-20T18:32:39Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Lucyjane de Almeida Silva - 2015.pdf: 1357945 bytes, checksum: c6e7c0e30627101c90a6eb4ae00a5c4d (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Previous issue date: 2015-03-06 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / In this work we study the global qualitative behavior of three predator-prey models. We analyze the existence of limit cycle and canard cycle and we investigate the kinds of bifurcation that can occur. In the first model, Gause predator-prey with a refuge, we analyze the effects of a prey refuge on the ecosystem qualitative behavior. Employing the carrying capacity of the prey population in the Gause Model with a refuge we obtain the second model, for which we analyze the effects of the carrying capacity and we compare the results. In the third model we consider the continuous threshold harvesting strategies ocurring when the predator density is above a certain threshold. We note that the model has a complex dynamics with multiple internal equilibria and different types of bifurcation. / Neste trabalho estudamos o comportamento qualitativo global de três modelos predadorpresa. Analisamos a existência de ciclos limite e ciclos de canard e investigamos os tipos de bifurcações que podem ocorrer. No primeiro modelo, modelo predador-presa de Gause com refúgio, analisamos os efeitos do refúgio para as presas no comportamento dinâmico do ecossistema. Empregando a capacidade de suporte para a população de presas no modelo de Gause com refúgio obtemos o segundo modelo, para o qual analisamos os efeitos da capacidade de suporte e comparamos os resultados obtidos. No terceiro modelo consideramos as estratégias de colheita com limiar contínuo que é aplicada quando a densidade de predadores está acima de um certo limite e investigamos o comportamento dinâmico global. Observamos que o modelo possui uma dinâmica complexa com múltiplos pontos de equilíbrio e diferentes tipos de bifurcações.

Ce mémoire de thèse présente deux nouvelles approches pour l’analyse et la commande des systèmes non-linéaires complexes, comme les systèmes dynamiques à commutation de la classe des convertisseurs d’énergie électrique. Ces systèmes ont plusieurs modes de fonctionnement et ont un point de fonctionnement désiré qui, en général, n’est le point d’équilibre d’aucun des modes. Dans cette classe de systèmes, la commutation d’un mode de fonctionnement à un autre est commandée selon une loi qui doit être synthétisée. Par conséquent, la synthèse de commande implique l’étude des conditions qui permettent à un cycle limite stable de s’établir au voisinage du point de fonctionnement désiré, puis de la trajectoire de commande qui permet de l’atteindre en respectant les contraintes physiques de comportement (courant maximum supporté par les composants,. . .) ou les contraintes de temps (durée minimum entre deux commutations,. . .). Le cycle limite sera qualifié d’hybride car il est composé de plusieurs dynamiques(deux dans ces travaux).La première méthode développée s’appuie sur les propriétés géométriques des champs de vecteurs et est une extension d’une partie des travaux de thèse de Manon au LAGEP. Une condition nécessaire et suffisante d’existence et de stabilité d’un cycle limite hybride composé d’une séquence de deux modes de fonctionnement dans IR2 est présentée. Ce cycle définit la région finale à atteindre par le système depuis son état initial, par une trajectoire déterminée de manière optimale selon un critère donné (durée totale, énergie dépensée, . . .). La méthode proposée est appliquée aux convertisseurs d’énergie Buck et Buck-Boost alimentant une charge résistive. Une extension à IRn a été proposée et démontrée. Elle est illustrée sur un système non-linéaire dans IR3.La deuxième méthode est développée dans IR2 et basée sur la théorie de Lyapunov, bien connue en automatique pour étudier la stabilité des systèmes non-linéaires et concevoir des commandes stabilisantes.Il s’agit de déterminer par une approche géométrique, une fonction de Lyapunov quadratique commune aux deux modes de fonctionnement du système, qui permette d’obtenir un cycle limite hybride stable le plus proche possible du point de fonctionnement désiré et une commande stabilisante directe des interrupteurs / This PhD-thesis presents two new approaches for the analysis and control of complex nonlinearsystems, such as switching dynamic systems of the class of power converters. These systems have severalmodes of operation and a desired operating point, which, in general, is not the equilibrium point of anymode. In this class of systems, switching from one mode to another is controlled by a switching law tobe designed. Therefore, the synthesis of a control law involves the study of the conditions that allow astable limit cycle to settle near the desired operating point, and of the control trajectory to reach thislimit cycle and stabilize on it, meeting the constraints dues to the physical behavior (maximum currentsupported by the components, . . .) or time constraints (minimum duration between two switchings, . . .).The limit cycle is called hybrid because it is composed of several dynamics (two in this work).The first method is based on the geometric properties of vector fields and is an extension of part ofthe PhD-thesis of Manon at LAGEP. A necessary and sufficient condition of existence and stability of ahybrid limit cycle consisting of a sequence of two operating modes, is presented in IR2. This limit cycledefines the final region to be reached by the system from its initial state, along a trajectory determinedoptimally according to a given criterion (total duration, energy expended, . . .). This method is applied tothe Buck and Buck-Boost power converters with a resistive load. An extension to IRn has been proposedand demonstrated. It is illustrated on a nonlinear system in IR3.The second method is developed in IR2, based on the Lyapunov theory, well known in automatic controlfor studying the stability of nonlinear systems and designing stabilizing control methods. The objective isto design, with a geometric approach, a quadratic Lyapunov function common to both modes of operation,which defines a stable hybrid limit cycle closest to the desired operating point and a direct stabilizingcontrol of the switches.

Les bruits automobiles induits par le frottement sont à l’origine de nombreuses plaintes clients et occasionnent des coûts de garantie considérables pour les constructeurs automobiles. Les objectifs de la thèse consistent à comprendre la physique à l’origine de ces bruits et proposer des méthodologies de simulation afin de les éradiquer. Un système générique est tout d’abord étudié. Ce système discret met en jeu un contact entre deux masses et une loi de frottement de Coulomb présentant une discontinuité à vitesse relative nulle. Des calculs de valeurs propres complexes de ce système linéarisé autour de sa position d’équilibre glissant sont menés et montrent la présence d’instabilités par flottement voire par divergence. Les simulations temporelles montrent quant à elles que les non-linéarités de contact permettent de stabiliser les niveaux vibratoires en cas d’instabilité selon quatre régimes distincts. De plus, malgré ses trois degrés de liberté, ce système est capable de reproduire les mécanismes de stick-slip, sprag-slip et couplage modal ainsi que les bruits de crissement, grincement et craquement rencontrés sur les systèmes automobiles. Des études paramétriques sont également présentées et mettent en avant des bifurcations de Hopf ainsi que l’effet déstabilisant potentiellement induit par l’amortissement. Des méthodologies permettant de catégoriser les réponses en termes de bruit et de mécanisme sont par la suite proposées. Les occurrences et risques de ces derniers sont alors analysés et des tendances sont dégagées. Enfin, la relation entre les bruits et les mécanismes est établie. L’attention est ensuite portée sur un système automobile particulier. Afin d’étudier son comportement crissant, les analyses de stabilité et les simulations temporelles sont désormais menées sur des modèles éléments-finis. Les simulations temporelles permettent d’observer l’établissement de vibrations auto-entretenues et d’identifier, parmi tous les modes instables prédits lors des analyses de stabilité, celui qui est réellement à l’origine de l’instabilité. L’effet du coefficient de frottement sur les motifs de coalescence et les cycles limites est également investigué. Le risque de crissement est ensuite évalué pour des conditions d’utilisation variées du système. La méthodologie, basée sur des analyses de stabilité, permet de retrouver les principaux constats expérimentaux obtenus sur banc d’essai. Le rôle des géométries et des matériaux constituant le système est également discuté. Enfin, une solution permettant de réduire de façon significative le risque de crissement est proposée. / Automotive friction-induced noises are the source of many customer complaints and lead to hugewarranty costs for car manufacturers. The objectives of the thesis are to improve the understanding ofthe physics at the origin of these noises and to propose numerical methodologies to eradicate them.A generic system is first investigated. This discrete system includes a contact between two masses anda Coulomb friction law with a discontinuity at zero relative velocity. Calculations of complex eigenvaluesof the linearized system around its sliding equilibrium position are carried out and show the presence offlutter and even divergence instabilities. Time simulations show that contact non-linearities permit tostabilize the vibrational levels in case of instability according to four distinct behaviors. Furthermore,despite its three degrees of freedom, this system is able to reproduce the stick-slip, sprag-slip and modecouplingmechanisms as well as the squeal, squeak and creak noises encountered in automotive systems.Parametric studies are also presented and highlight Hopf bifurcations as well as the destabilizing effectpotentially induced by damping. Methodologies allowing the categorization of the responses in termsof noise and mechanism are then proposed. Occurrences and risks of these noises and mechanismsare thus analyzed and trends are highlighted. The relationship between noises and mechanisms is alsoestablished.A specific automotive system is then considered. In order to study its squeal behavior, stabilityanalysis and time simulations are now carried out on finite element models. Time simulations allowto observe the establishment of self-excited vibrations and to identify, among all the unstable modespredicted by the stability analysis, the one which is actually the source of the instability. The effectof friction on the coalescence patterns and limit cycles is also investigated. The risk of squeal is thenevaluated in different operating conditions. The methodology, based on stability analysis, leads toresults in good agreement with the experimental observations. The role of geometries and materialsconstituting the system is also discussed. Finally, a solution with significantly low risk of squeal isproposed.

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