Cette thèse est consacrée à la réutilisation de procédés par une approche à base de patrons de procédé. Le concept de patron de procédé a été introduit pour capitaliser et réutiliser des solutions éprouvées des problèmes de procédés récurrents. Cependant cette approche est encore peu exploitée à cause du champ de définition limité, du manque de formalisation, de méthodologie et d'outils support. Pour promouvoir l'utilisation de patrons de procédé et réduire l'effort de modélisation, nous considérons le concept de patron de procédé à différents niveaux d'abstraction pour capturer divers types de connaissances sur les procédés, et proposons des moyens pour réutiliser de façon (semi-)automatique ces patrons dans la modélisation des procédés. Nous avons défini le méta-modèle de procédé UML-PP pour formaliser le concept de patron de procédé et la manière d'appliquer les patrons dans la modélisation de procédés. UML-PP permet de décrire la structure interne d'un patron de procédé ainsi que les relations entre patrons, et permet d'exprimer explicitement l'utilisation de patrons dans les modèles de procédé. Nous proposons le méta-procédé PATPRO définissant une démarche de modélisation pour élaborer un modèle de procédé UML-PP en réutilisant des patrons de procédé. Pour permettre une automatisation de l'application de patrons de procédé, nous définissons une sémantique opérationnelle des opérateurs de réutilisation de patrons qui réalisent l'imitation de patrons. Nous avons réalisé le prototype PATPRO-MOD permettant de créer et gérer des catalogues de patrons de procédé et d'élaborer des modèles de procédé UML-PP en réutilisant semi-automatiquement des patrons prédéfinis.

Le perçage assisté par vibrations est un procédé assurant la maîtrise dimensionnelle des copeaux pour gagner en fiabilité sur les opérations de perçage. L’ajout d’une oscillation axiale pilotée en amplitude et en fréquence introduit deux nouveaux paramètres à déterminer en adéquation avec les paramètres conventionnels que sont l’avance et la vitesse de coupe. Le paramétrage d’une telle opération n’est donc pas trivial. Afin de fournir un outil d’optimisation du paramétrage du procédé, une nouvelle modélisation prenant en compte l’environnement « Pièce-Outil-Machine » est proposée. L’intégration de la géométrie de l’outil, des spécificités des interactions entre l’Outil et la Matière, et du comportement dynamique de la Machine permet s’adapter aux conditions de mise en oeuvre du procédé. Une méthode d’identification dissociée des éléments de l’environnement « Pièce-Outil-Machine » permet de caractériser les spécificités de chacun de ces éléments. Cette modélisation est validée par une campagne d’essai. La modèle développé dans ces travaux permet donc de prédire le comportement du procédé en vue d’une optimisation des paramètres opératoires. / Vibrations assisted drilling is a process which ensures chip shape control in order to increase reliability during drilling operations. The adding of axial oscillation, controlled with amplitude and frequency, introduce two new parameters which must determinate according to the conventional parameters (feed and speed rotation). The optimal setting of vibrations assisted drilling is not obvious. To provide an optimization-tool of the process, a new model which take into account the “Tool-Workpiece-Machine” environment, is proposed. Drill geometry, Tool-Workpiece interactions and dynamic behavior of the Machine are incorporated in the model. Tis specificity allows adjusting behavior of the process with the case of application. An identification methodology is presented to characterize the environment. Simulation’s results and experimental results are compared to validate the model. This model thus allows predicting process behavior in order to optimize the operational parameters.

Le présent travail est réalisé dans le cadre de l’étude d’un procédé industriel de densification de matériaux composites carbone/carbone (C/C) destinés aux freins d’avion. Une préforme poreuse de fibres de carbone baigne dans un précurseur liquide et elle est chauffée par induction électromagnétique radio-fréquence. Le précurseur porté à ébullition dans l’espace poral crée un dépôt de carbone dans les zones les plus chaudes ; ce dépôt constitue la matrice du composite. On propose une modélisation physico-chimique de ce procédé afin d’en assurer le contrôle et l’optimisation. Le travail a consisté à développer un solveur couplant l’induction électromagnétique avec les transferts de masse, de chaleur, de mouvement et d’espèces chimiques, en incluant l’ébullition et le dépôt chimique. Le modèle inclut le circuit électrique complet permettant d’effectuer le chauffage : il permet donc de suivre en temps réel et de façon non destructive l’avancement de la densification par l’évolution des grandeurs électriques. Une formulation originale adaptée à la représentation simultanée du liquide, du gaz et de la zone en ébullition a été développée et implémentée avec succès dans un logiciel commercial d’éléments finis. Les résultats de la simulation sont comparés avec les données obtenues sur le moyen expérimental, avec un bon accord. Enfin, la simulation est utilisée pour proposer des pistes d’amélioration du procédé, en altérant la géométrie du dispositif de chauffage par induction et en modifiant la stratégie de pilotage en puissance. / This work has been carried out in the frame of the study of an industrial process for the manufacturing of carbon/carbon (C/C) composite aircraft brake discs. A porous preform made of carbon fibres is immersed in a liquid precursor and is heated by Radio-Frequency electromagnetic induction. The boiling precursor enters the porous preform and yields a carbon deposit in the hottest zones; this deposit will be the carbon matrix of the composite. A physico-chemical process model is proposed in the aim of ensuring its control and optimisation. The work consisted in developing a numerical solver coupling electromagnetic induction heating with heat, mass and species balances accounting for boiling, diffusion and chemical deposition reactions. The model includes the complete electrical circuit of the heating device: it therefore allows real-time, non-destructive monitoring of the infiltration progress through the evolution of the electrical properties. An original formulation has been designed to simultaneously describe the liquid, the gas and the boiling zone; it has been implemented in a commercial Finite Element software package and validated physically with respect to experimental data, with a good agreement. Finally, the simulation software has been used to propose directions for process improvements, through alterations of the inductive heating device geometry or of the heating power supply program.