Le fort développement actuel des systèmes électroniques embarqués nous conduit à relever le défi de leur fiabilisation, ceci d’autant plus que des organes de sécurité sont souvent concernés et que ces systèmes opèrent dans des conditions environnementales difficiles avec une exigence de réduction de coût drastique. Ce qui caractérise le mieux l’évolution récente de ces systèmes électroniques embarqués c’est une forte intégration qui conduit à réduire leur encombrement et leur poids tout en augmentant la puissance électrique convertie. Il en résulte automatiquement une augmentation de la densité de puissance dissipée et l’étude de leur comportement électrothermique prend, dans ces conditions, une importance fondamentale. Le présent travail concerne le développement d’outils précis de modélisation électrothermique qui permettent d’appréhender l’impact de la technologie choisie (conception, connectiques, matériaux …) sur les phénomènes causés par les défauts qui apparaissent avec le vieillissement. Des règles de robustesse spécifiques à chaque technologie pourront être édictées à l’aide de simulations 3D distribuées présentées dans le mémoire. Dans un premier temps la modélisation électrothermique compacte a été abordée. Ensuite, en se limitant aux modules MOS de puissance, une première classe de problèmes caractérisée par l’absence de commutation peut être traitée en ayant recours à une modélisation électrothermique par éléments finis qui considère que le composant est constitué par un ensemble de zones de résistivités électriques et de conductivités thermiques différentes. Une tentative a été faite en vue d’étendre l’étude électrothermique aux classes de problèmes mettant en œuvre des MOS de puissance fonctionnant en régime de commutation. Le modèle électrique distribué doit alors être capable de calculer et de répartir les pertes totales (état passant, état bloqué et commutation) pour un régime de commutation rapide. Enfin, un soin particulier a été accordé à l’étude du fonctionnement en avalanche, une méthode basée sur l’expérimentation et l’utilisation d’un modèle électrothermique simple afin d’estimer la température de jonction d’un MOSFET de puissance lors de son fonctionnement en régime d’avalanche de courte durée a été développée. Pour conclure, on a démontré qu’il n’existe pas une réponse unique en termes de modélisation électrothermique et que chaque méthode vise à résoudre une classe spécifique de problèmes / The strong current development of embedded electronic systems leads us to the challenge of their reliability, all the more so as the security organs are often involved and that these systems operate in harsh environmental conditions with a requirement to reduce cost drastically. What best characterizes the recent evolution of the embedded electronic systems is a strong integration that leads to reduce their size and weight while increasing the electrical power converted. This automatically increases the power density dissipated and so the study of their electro-thermal behavior becomes of fundamental importance. The present work concerns the development of specific tools that allow electro-thermal modeling to understand the impact of the chosen technology (design, connections, materials ...) on the phenomena caused by defects that occur with ageing. Robustness rules specific to each technology may be adopted using 3D simulations presented in the report. At first, compact electro-thermal modeling was discussed. Second, considering power MOS modules which operate in a non-switching mode, a first class of problems can be treated by using a finite element electro-thermal modeling that assumes that the components act as a set of zones whose electrical and thermal conductivities are different. An attempt was made to extend the electro-thermal study to classes of problems where power MOSFETs are switching. Distributed electrical models must then be able to calculate and allocate total losses (on-state, off-state and switching) for a fast switching rate. Finally, particular attention has been given to the study of avalanche mode operation; a method based on experimentation and the use of a simple electro-thermal model to estimate the junction temperature of a power MOSFET when operating in short duration avalanche mode has been developed. To conclude, we have demonstrated that there is no single answer in terms of electro-thermal modeling and each method developed aims to solve a specific class of problems

La connaissance de l'évolution des débits d'étiage de la Loire intéresse différents usagers : agglomérations, agriculteurs et industriels. La production d'électricité est une activité industrielle majeure du bassin : quatre sites nucléaires utilisent l'eau de la Loire comme source froide. Les débits d'étiage de la Loire sont dépendants des apports des principaux aquifères de son bassin versant. Trois aquifères superposés sont considérés couvrant une surface de 38 000 km² : calcaires de Beauce, craie séno-turonienne et sables cénomaniens. Un modèle hydrogéologique distribué est mis en œuvre (code Eau-Dyssée). Cinq modules couplés simulent respectivement le bilan hydrique en surface, le routage de l'eau sur les versants, le routage en rivière, le transfert en zone non-saturée et les écoulements souterrains. Le modèle est calé sur une période de 10 ans, validé sur une autre période de 10 ans, puis testé sur 35 ans. Une méthode hybride de calage, couplant inversion automatique et calage manuel, a été développée pour caler le champ de transmissivités de l'aquifère de Beauce. Les autres couches sont calées par essais et erreurs. Le modèle ajusté permet de bien simuler les débits et piézométries observés sur l'ensemble du domaine sur les 35 années avec une RMSE globale des écarts piézométriques de 2,86 m sur 197 piézomètres et des critères de Nash aux stations en Loire tous supérieurs à 0,9. Ce modèle est utilisé pour analyser le fonctionnement hydrologique du bassin à différentes échelles de temps. Les apports des nappes cumulés sur le linéaire de la Loire à l'étiage sont estimés à 15 m3/s en moyenne entre 1975 et 2008. Les premières estimations de l'impact du changement climatique indiquent une baisse des apports moyens de 8 à 50% à horizon 2100 pour les quatre projections climatiques traitées.

Le fort développement actuel des systèmes électroniques embarqués nous conduit à relever le défi de leur fiabilisation, ceci d'autant plus que des organes de sécurité sont souvent concernés et que ces systèmes opèrent dans des conditions environnementales difficiles avec une exigence de réduction de coût drastique. Ce qui caractérise le mieux l'évolution récente de ces systèmes électroniques embarqués c'est une forte intégration qui conduit à réduire leur encombrement et leur poids tout en augmentant la puissance électrique convertie. Il en résulte automatiquement une augmentation de la densité de puissance dissipée et l'étude de leur comportement électrothermique prend, dans ces conditions, une importance fondamentale. Le présent travail concerne le développement d'outils précis de modélisation électrothermique qui permettent d'appréhender l'impact de la technologie choisie (conception, connectiques, matériaux ...) sur les phénomènes causés par les défauts qui apparaissent avec le vieillissement. Des règles de robustesse spécifiques à chaque technologie pourront être édictées à l'aide de simulations 3D distribuées présentées dans le mémoire. Dans un premier temps la modélisation électrothermique compacte a été abordée. Ensuite, en se limitant aux modules MOS de puissance, une première classe de problèmes caractérisée par l'absence de commutation peut être traitée en ayant recours à une modélisation électrothermique par éléments finis qui considère que le composant est constitué par un ensemble de zones de résistivités électriques et de conductivités thermiques différentes. Une tentative a été faite en vue d'étendre l'étude électrothermique aux classes de problèmes mettant en œuvre des MOS de puissance fonctionnant en régime de commutation. Le modèle électrique distribué doit alors être capable de calculer et de répartir les pertes totales (état passant, état bloqué et commutation) pour un régime de commutation rapide. Enfin, un soin particulier a été accordé à l'étude du fonctionnement en avalanche, une méthode basée sur l'expérimentation et l'utilisation d'un modèle électrothermique simple afin d'estimer la température de jonction d'un MOSFET de puissance lors de son fonctionnement en régime d'avalanche de courte durée a été développée. Pour conclure, on a démontré qu'il n'existe pas une réponse unique en termes de modélisation électrothermique et que chaque méthode vise à résoudre une classe spécifique de problèmes.

Situés dans une région clé pour la dynamique du climat global, les glaciers tropicaux sont de très bons indicateurs de la variabilité climatique. Ce travail a permis de spatialiser les modèles de bilan d'énergie CROCUS (pour la neige et la glace) et ISBA (pour le sol non enneigé) sur le bassin versant du glacier Zongo (16°S, 3.3 km2, Bolivie), englacé à 63 % et suivi par le SO/ORE GLACIOCLIM. Ainsi, des jeux de données nivo-météorologiques complets ont été constitués du 01/09/2004 au 31/03/2006 en accordant une attention particulière aux lames d'eau et aux phases des précipitations. Le modèle CROCUS-ISBA a été adapté pour simuler le manteau neigeux éphémère de la moraine et les résultats ont été validés sur plusieurs sites de mesures. Sur le glacier, le modèle CROCUS a permis de simuler correctement le bilan de masse local mesuré par les balises d'ablation. Ensuite, les modèles ont été étendus à l'ensemble du bassin versant et alimentés par les données météorologiques spatialisées. Le bilan net spécifique du glacier simulé est validé par celui évalué par photogrammétrie. Les débits à l'exutoire du bassin versant et leur saisonnalité sont bien restitués par le modèle (8% d'erreur sur les volumes d'eau pour toute la période, critère de Nash quotidien de 0.63). De nombreux résultats sont présentés sur le coefficient d'écoulement de la moraine, la contribution du glacier par tranche d'altitude et la réponse du bassin versant à deux saisons humides contrastées. Cet outil permet ainsi de mieux évaluer et comprendre les processus responsables de la fonte sur le glacier et sur les moraines et de quantifier leurs contributions respectives à la ressource en eau locale.

Le développement des réseaux séparatifs entraîne le transfert fréquent de polluants urbains vers les milieux récepteurs (plans d’eau, rivières, etc.). La compréhension des processus de production et de lessivage des polluants dans le milieu urbain est pourtant incomplète à l’heure actuelle. Afin de répondre aux questions liées à la gestion des eaux urbaines, l’amélioration des connaissances des processus physiques est nécessaire, tant au niveau des surfaces urbaines que les réseaux d'assainissement. Pour cela, la modélisation du transfert hydrologique des polluants en milieu urbain peut être un outil précieux.Cette thèse a pour objectif de développer et d'analyser des modèles distribués à base physique pour simuler les flux de polluants routiers (Matières En Suspension (MES), Hydrocarbures, Métaux) dans un environnement urbain. Elle s'inscrit dans le cadre du projet ANR "Trafipollu" et bénéficie des résultats expérimentaux mis en œuvre dans ce projet pour la calibration et validation des modèles utilisés. Le travail de thèse s’articule autour de deux échelles de modélisation : l’échelle locale et l’échelle du quartier.A l'échelle locale, le code FullSWOF (volumes finis, schéma numérique d'ordre 2) couplé au modèle d’érosion d'Hairsine and Rose (1992a; 1992b) et des données géographiques très détaillées (résolution spatiale centimétrique) ont été utilisés et adaptés afin d'améliorer nos connaissances des processus physiques du lessivage des polluants sur les surfaces urbaines. La comparaison aux mesures en continu permet d’évaluer la performance d’une modélisation physique pour représenter les variations spatiales et temporelles des processus de transferts des polluants sur les surfaces urbaines. Les analyses des résultats obtenus permettent de constater la prédominance des effets d'arrachement liés à la pluie sur les processus d'entrainement par l'advection sur la majeure partie du bassin versant routier. L’utilisation d’un modèle d’érosion pour modéliser le transport particulaire en zone urbaine est une innovation importante de cette thèse.A l’échelle du quartier, la deuxième étape du travail consiste à coupler séquentiellement le modèle TREX (Velleux, England, et al., 2008) avec le modèle CANOE (Alison, 2005), nommé "TRENOE" plateforme. En changeant différentes options de mise en œuvre et de configurations du modèle, l’adaptation de la précision numérique et l’utilisation de données détaillées d’occupation du sol semblent être les facteurs clés pour une telle modélisation. Par ailleurs, ce couplage a montré des problèmes de fond tels que la modélisation du schéma numérique des flux en surface (seulement dans 4 directions), ainsi que l'utilisation de l'équation USLE pour simuler l'érosion en milieu urbain, ne comprenant pas d’impact des gouttes de pluie pour la modélisation.Pour remédier à ces défauts, la plateforme opensource LISEM-SWMM est développée en couplant le modèle LISEM (De Roo, Wesseling, et al., 1996), modèle d’érosion développé initialement pour le milieu naturel, et le modèle SWMM (Rossman, 2010). Pour la première fois, la modélisation hydrologique s’appuie aussi sur l’utilisation de sorties de modèles atmosphériques pour les dépôts des particules fines (PM10), hydrocarbures et métaux. Les résultats montrent que l’emploi de modèles totalement distribués peut arriver à reproduire de manière très fine les dynamiques des particules, des hydrocarbures et des métaux. Même si à ce stade la plateforme développée nécessite des améliorations pour adapter aux utilisations dans le champ opérationnel, ceci constitue une avancée pour le domaine de modélisation du transfert hydrologique des polluants routiers en milieu urbain / Nowadays, the increasing use of separate stormwater systems causes a frequent transport of urban pollutants into receiving water bodies (lakes, rivers). However, current studies still lack of the knowledge of urban build-up and wash-off processes. In order to address urban management issues, better understanding of physical mechanism is required not only for the urban surfaces, but also for the sewer systems. In this context, the modelling of hydrological transfer of urban pollutants can be a valuable tool.This thesis aims to develop and assess the physically-based and distributed models to simulate the transport of traffic-related pollutants (suspended solids, hydrocarbons, heavy metals) in urban stormwater runoffs. This work is part of the ANR "Trafipollu" project, and benefit from the experimental results for model calibration and validation. The modelling is performed at two scales of the urban environment: at the local scale and at the city district scale.At the local scale of urban environment, the code FullSWOF (second-order finite volume scheme) coupled with Hairsine and Rose model (1992a; 1992b) and detailed monitoring surveys is used to evaluate urban wash-off process. Simulations over different rainfall events represent promising results in reproducing the various dynamics of water flows and particle transfer on the urban surfaces. Spatial analysis of wash-off process reveals that the rainfall-driven impacts are two orders of magnitude higher than flow-drive effects. These findings contribute to a significant improvement in the field of urban wash-off modelling. The application of soil erosion model to the urban context is also an important innovation.At the city district scale, the second step consists of coupling the TREX model (Velleux, England, et al., 2008) and the CANOE model, named "TRENOE" platform. By altering different options of model configurations, the adequate numerical precision and the detailed information of landuse data are identified as the crucial elements for achieving acceptable simulations. Contrarily, the high-resolution topographic data and the common variations of the water flow parameters are not equally significant at the scale of a small urban catchment. Moreover, this coupling showed fundamental problems of the model structure such as the numerical scheme of the overland flow (only 4 directions), and the empirical USLE equations need to be completed by raindrop detachment process.To address these shortcomings, the LISEM - SWMM platform is developed by coupling the open-source LISEM model (De Roo, Wesseling, et al., 1996), which is initially developed for soil erosion simulations, and the SWMM model (Rossman, 2010). For the first time, the hydrological model is also supported by the simulations of atmospheric dry deposits of fine particles (PM10), hydrocarbons and heavy metals. The performance of water flow and TSS simulations are satisfying with the calibrated parameters. Considering the hydrocarbons and heavy metals contents of different particle size classes, simulated event mean concentration of each pollutant is comparable to local in-situ measurements. Although the platform at current stage still needs improvements in order to adapt to the operational applications, the present modelling approach contributes to an innovative technology in the field of modelling of hydrological transfer of the traffic-related pollutants in urban environment

Cette recherche vise à résoudre un problème particulier du contrôle de vibration des structures intelligentes. Notre objectif est de réduire les vibrations dans une zone spécifique de la structure intelligente avec une perturbation qui couvre une large gamme de fréquences. De plus, dans cette zone spécifique, ni l'actionnement ni la détection ne sont possibles.Ici, nous faisons face à plusieurs défis principaux. Premièrement, nous devons contrôler les vibrations d’une zone spécifique de la structure, alors que nous n’avons accès aux mesures que dans d’autres zones. Deuxièmement, la large bande passante de la perturbation implique que nombreux modes doivent être contrôlés au même temps, ce qui nécessite l'utilisation de plusieurs actionneurs et capteurs. Cela conduit à un contrôleur MIMO difficile à obtenir avec les méthodes classiques de conception de contrôleur. Troisièmement, il faut éviter le problème de propagation, qui consiste à garantir la stabilité en boucle fermée lorsque le contrôleur basé sur un modèle est appliqué à la configuration réelle. Pour relever ces défis, nous étudions deux stratégies de contrôle: le contrôle centralisé et le contrôle distribué.Pour le contrôle centralisé, nous proposons une méthodologie qui nous permet d’obtenir un contrôleur MIMO simple permettant de relever ces défis. Tout d'abord, plusieurs techniques de modélisation et d’identification sont appliquées pour obtenir un modèle précis d'ordre faible de la structure intelligente. Ensuite, une méthode de synthèse basée sur le contrôle H_∞ avec un critère H_∞ particulièrement proposé est appliquée. Ce critère H_∞ intègre plusieurs objectifs de contrôle, y compris les défis principaux. En particulier, le problème de débordement se transforme en un problème de stabilité robuste et sera garanti en utilisant ce critère. Le contrôleur H_∞ obtenu est une solution standard du problème H_∞. Le contrôleur final est obtenu en simplifiant ce contrôleur H_∞ sans perdre la stabilité en boucle fermée ni dégrader les performances. Cette méthodologie est validée sur une structure de poutre avec des transducteurs piézoélectriques et la zone centrale est celle où les vibrations devraient être réduites. L'efficacité du contrôleur obtenu est validée par des simulations et des expériences.Pour le contrôle distribué, on considère la même structure de poutre et les mêmes objectifs de contrôle. Il existe des méthodes visant à concevoir des contrôleurs distribués pour les systèmes spatialement interconnectés. Cette recherche propose une méthode basée sur la FEM, associée à plusieurs techniques de réduction de modèle, permettant de discrétiser spatialement la structure de poutre et d'en déduire les modèles d’espace d'état des sous-systèmes interconnectés. La conception des contrôleurs distribués ne sera pas abordée dans cette recherche. / This research aims at solving a particular vibration control problem of smart structures. We aim at reducing the vibration in a specific zone of the smart structure under the disturbance that covers a wide frequency band. Moreover, at this specific zone, neither actuation nor sensing is possible.Here we face several main challenges. First, we need to control the vibration of a specific zone of the structure while we only have access to measurements at other zones. Second, the wide bandwidth of the disturbance implies that numerous modes should be controlled at the same time which requires the use of multiple actuators and sensors. This leads to a MIMO controller which is difficult to obtain using classical controller design methods. Third, the so-called spillover problem must be avoided which is to guarantee the closed-loop stability when the model-based controller is applied on the actual setup. To tackle these challenges, we investigate two control strategies: the centralized control and the distributed control.For centralized control, we propose a methodology that allows us to obtain a simple MIMO controller that accomplishes these challenges. First, several modeling and identification techniques are applied to obtain an accurate low-order model of the smart structure. Then, an H_∞ control based synthesis method with a particularly proposed H_∞ criterion is applied. This H_∞ criterion integrates multiple control objectives, including the main challenges. In particular, the spillover problem is transformed into a robust stability problem and will be guaranteed using this criterion. The obtained H_∞ controller is a standard solution of the H_∞ problem. The final controller is obtained by further simplifying this H_∞ controller without losing the closed-loop stability and degrading the performance. This methodology is validated on a beam structure with piezoelectric transducers and the central zone is where the vibration should be reduced. The effectiveness of the obtained controller is validated by simulations and experiments.For distributed control, we consider the same beam structure and the same control objectives. There exist methods aiming at designing distributed controllers of spatially interconnected system. This research proposes a FEM based method, combined with several model reduction techniques, that allows to spatially discretize the beam structure and deduce the state-space models of interconnected subsystems. The design of distributed controllers will not be tackled in this research.