L’intérêt pour la modélisation et la commande des engins volants s’est accru de manière significative au cours de ces dernières années. La complexité et les possibilités des engins volants s’accroissent rapidement et la gamme des missions qu’elles doivent réaliser se développe. Cependant afin que les drones puissent atteindre ce potentiel, certains défis techniques doivent être surmontés, notamment l’étude et l’intégration de la flexibilité structurelle, la prise en compte des phénomènes aérodynamiques, et l’élaboration de stratégies de commandes adaptées. Le travail présenté s’inscrit dans ce cadre et porte spécifiquement sur deux types de drones : -Les plus légers que l’air : Application à la modélisation et commande d’un dirigeable souple. -Les plus lourds que l’air : Application à la modélisation et commande d’un quadrirotor flexible : le XSF. Nous présentons dans un premier temps un modèle global d’engins volants flexibles autonomes. On admet que ces objets volants subissent de grands déplacements et de petites déformations élastiques. Le formalisme utilisé est basé sur l’approche de Newton-Euler, approche souvent utilisée dans le cas d’objets volants rigides. Dans cette étude nous généralisons le formalisme de corps rigides existant en y incluant l’effet de la flexibilité, sans pour autant détruire la méthodologie globale, et ce au moyen d’une technique hybride lagrangienne-eulerienne. La flexibilité apparaît dans le système dynamique global par le moyen d’un nombre réduit de degrés de liberté supplémentaires issus d’une synthèse modale. Cette technique permet de faciliter par la suite l’élaboration d’algorithmes de commande et de stabilisation. Le phénomène des masses ajoutées est également pris en considération. Une méthode originale de traitement analytique de ce phénomène a été établie pour un corps flexible en grands mouvements. Elle est basée sur la notion de potentiel flexible, et sur le développement de l’énergie cinétique du fluide sous l’effet d’un mouvement global du corps flexible. Cette méthode a permis de mettre en évidence le couplage rigide-flexible dans la matrice des masses ajoutées pour un traitement global d’un dirigeable flexible. On présente aussi le modèle dynamique et aérodynamique du quadrirotor flexible XSF conçu au laboratoire IBISC et destiné à un concours interuniversitaire sur les microdrones. Une technique robuste " Backstepping " est réalisée pour la stabilisation du dirigeable flexible au voisinage d’un point cible. Et une stratégie de contrôle de PID a été proposée pour la stabilisation de l’XSF. La stratégie de commande est contrainte par l’impératif d’optimisation du rapport précision/portabilité, pour que les algorithmes développés puissent être intégrés dans l’informatique embarquée de ces engins volants. Une validation numérique est présentée à la fin du rapport. / The interest of dynamic modeling and control of the autonomous flying objects increased significantly during these last years. Complexity and capability of these flying objects are expanding rapidly now, and the range of missions their designed to support is growing. In order to fulfil this requirement, it is necessary, in one hand, to introduce the effect of the structural flexibility and the aerodynamic phenomenon in the dynamic model, and in the other hand, to build a suitable strategy of command and stabilization for these flying objects. The work is registered within this framework, and relates two types of engines: - Lighter than air vehicle: Application on the modelling and control of flexible airship. - Heavier than air vehicle: Application on the modelling and control of flexible micro-drone. We present a general model of autonomous flexible flying engine undergoing great overall motion and small elastic displacements. The formalism used is based on the Newton- Euler approach, which is frequently used for rigid flying objects. In this study we generalize the existing formalisms for rigid bodies, by including the effect of flexibility without destroying the total methodology. A modal synthesis is used. A hybrid method based on the energetic principles and Lagrange equations is presented. The phenomenon of the added masses is also taken into account. In order to integrate the fluid-structure interaction of a flexible airship, we develop an original analytical formulation of the problem using both the new notion of flexible flow potential, and the development of the kinetic energy of the air constrained by the motion and the vibration of the airship. This method allows to put in an obvious place the coupling "overall motion - flexibility" in the added mass matrix. We also present the dynamic and aerodynamic model of a flexible quadrirotor called XSF, designed in the IBISC laboratory and intended for an interuniversity competition for microdrones. A robust methodology based on the " Backstepping " control is realized to stabilize the airship around a desired position, and a PID controller is proposed to stabilise the XSF. The strategy of command is compelled by imperative to optimize the ratio precision/portability, to allow an easy insertion of the developed algorithms in the embedded electronics. A numerical validation is presented in the end of this report.

Le principal objectif de ce mémoire consiste en l'évaluation de trois modèles dynamiques canadiens de prévision numérique saisonnière du climat. Ayant conscience de l'influence de l'océan sur la qualité des prévisions numériques saisonnières nous vérifierons au cours de ce travail l'hypothèse de base suivante: la persistance de l'anomalie de la température de la surface de l'océan Pacifique (SSTA) communique à l'atmosphère un certain degré de prévisibilité. Afin de vérifier cette hypothèse un ensemble de vingt-six années de simulations effectuées par chacun des modèles a été étudié. Ensuite, pour tenter d'améliorer la qualité des prévisions saisonnières, nous avons calculé la moyenne d'ensemble des trois modèles. Nous appellerons désormais cette technique multimodèle. Pour estimer la réponse de chacun des modèles aux effets du forçage de l'océan nous avons commencé par séparer les années prévues en deux catégories: les années caractérisées par une forte SSTA (années EPSO) et celles caractérisées par une faible SSTA (années NEPSO). Ensuite, nous avons étudié la prévision des modèles des deux derniers mois de la saison. Ceci nous permet de distinguer l'influence des conditions aux limites. Nos résultats montrent que durant les saisons d'hiver et printemps boréales les trois modèles ainsi que le multimodèle semblent bien reproduire les patrons de la circulation dynamique au sein de l'atmosphère (GZ500). On peut également y voir un potentiel pour l'amélioration de la qualité des prévisions à longue échéance. En outre, nous avons remarqué que la région tropicale est généralement mieux prévue par les modèles que les extra-tropiques. Enfin, nous avons remarqué que les modèles présentent une habileté à prévoir les champs atmosphériques au-dessus de certaines régions du globe en dehors des tropiques. Parmi ces régions nous citons le Pacifique Nord/Amérique du Nord dans le cas de GZ500 et la route des dépressions du Pacifique « Storm Track » dans le cas des précipitations. Le « Storm Track » du Pacifique influence le climat de l'est de l'Asie ainsi que celui de l'Amérique du Nord. L'habileté de nos modèles à prévoir le « Storm Track » du Pacifique n'avait pas été observée dans des études précédentes. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Prévision numérique saisonnière moyenne d'ensemble.

La charge des batteries est un point important pour le développement du véhicule électrique. Actuellement, plusieurs systèmes sont mis en place (chargeurs embarqués, bornes de recharge, coupleurs inductifs) et permettent de répondre à l'attente des usagers. Des dispositifs de faible puissance (3 kW) assurent une recharge (dite "lente") complète des batteries durant les heures creuses (5 à 8 heures). Des systèmes plus puissants (supérieur à 10 kW) permettent une charge dite "rapide" (20 à 30 min) et partielle (70 à 80 %). Les chargeurs "lents" imposent une masse supplémentaire et un surcoût au véhicule. Les dispositifs "rapides" quant à eux sont complexes et très onéreux, ce qui limitera leur nombre et donc leur intérêt qui est d' assurer le rôle de stations-service. L'idée de réutiliser les éléments déjà existants dans le véhicule (convertisseur et moteur) pour concevoir une structure de charge est alors apparue comme une voie prometteuse. Le chargeur "intégré" est né, sa conception est conditionnée par la chaîne de traction implantée dans le véhicule. Notre étude porte sur la mise en oeuvre de dispositifs de charge conçus pour être implantées sur des véhicules à traction alternative (onduleur + moteur alternatif). L'utilisation du réseau monophasé a permis de mettre en oeuvre une structure assurant la charge de type "lente". Elle permet grâce à un montage à deux étages de répondre à la norme réseau basse fréquence (EN NF 61 000-3-2) et d'ofrir une large gamme de tension. L'utilisation des enroulements moteur comme inductances à été analysée. Le convertisseur connecté sur le réseau triphasé assure la charge "rapide" grâce à un montage monoétage. La mise en oeuvre du modèle moyen généralisé a permis de modéliser et commander l'ensemble des structures étudiées. En particulier une commande à été élaborée pour le chargeur triphasé afn d'adapter la tension de sortie du redresseur à celle des batteries en agissant sur le courant réactif absorbé.

L'objet de cette thèse est la modélisation et la commande par approche thermodynamique des réacteurs catalytiques triphasiques en mode continu et en mode discontinu. Ce type de réacteur consiste en un système fortement non linéaire, multivariable et siège de réactions exothermiques. Nous utilisons les concepts de la thermodynamique irréversible pour la synthèse de lois de commande stabilisante pour ces deux types de réacteurs chimiques. En effet, la stricte concavité de la fonction d'entropie nous a permis de définir une fonction de stockage qui sert de fonction de Lyapunov candidate : la disponibilité thermodynamique. Nous utilisons cette fonction de disponibilité thermodynamique pour la synthèse de lois de commande stabilisante d'un mini-réacteur catalytique triphasique intensifié continu. Une stratégie de contrôle à deux couches (optimisation et contrôle) est utilisée pour contrôler la température et la concentration du produit à la sortie du réacteur en présence de perturbations à l'entrée du réacteur. Les performances du contrôleur mis en place sont comparées en simulation à celles d'un régulateur PI. Dans certains cas, l'utilisation de la fonction de disponibilité thermodynamique s'avère problématique. Une autre étude effectuée sur cette fonction nous permet de déterminer une nouvelle fonction de Lyapunov : la disponibilité thermique. Nous utilisons par la suite la fonction de disponibilité thermique pour la synthèse de lois de commande stabilisante d'un réacteur catalytique triphasique semi-fermé. Un observateur grand gain est utilisé pour estimer la vitesse de réaction à partir des mesures de la température du milieu réactionnel. Cette estimation est injectée ensuite dans le calcul de la loi de commande mise en place. La robustesse du schéma de contrôle est testée en simulation face à des incertitudes de modélisation, des perturbations et des bruits de mesure.

L'objectif de ce travail est de comprendre les mécanismes en jeu au plan cinétique et nanoostructural dans les procédés d'encapsulation par émulsion diffusion, et leur modélisation.<br />Dans ce travail nous avons proposé un nouveau modèle qui décrit la séparation de phases couplée au transfert de matière multiconstituant pour un système ouvert. L'approche choisie repose sur le concept d'équilibre local. Dans ce modèle, la séparation de phases est traitée localement en utilisant la méthode du plan tangent. Cette méthode permet de tester la stabilité d'un petit volume dV donné, et en cas d'instabilité, de calculer le nombre et la composition des phases dans ce volume. En ce qui concerne le transfert de matière dans chaque volume, les équations de bilan de matière, de flux de transfert et d'équilibre thermodynamique sont établies. Les flux de transfert de tous les constituants sont décrits par le modèle de diffusion développé par Fornasiero. L'interphase est représentée par un modèle de film, dans lequel l'équilibre thermodynamique est admis.

L’eau est une ressource qui va manquer dans les prochaines années, pourtant l’eau couvre ¾ de la planète et environ 97% de l’eau sur Terre est de l’eau salée. Du fait de sa nette abondance, dessaler l’eau de mer, ou les eaux saumâtres, est une solution présentant un immense attrait. C’est dans ce contexte global que s’inscrivent ces travaux. Le but de cette thèse est de modéliser des installations de dessalement d’eau de mer, basées sur la distillation multiple-effets (MED), soumises à des régimes transitoires. Ce procédé permet d’assurer à la fois une grande flexibilité aux variations de charge et des performances énergétiques élevées. Dans le cadre de cette étude, un couplage d’une usine MED avec une source d’énergie renouvelable, donc intermittente, est envisagé. Pour étudier le potentiel et la faisabilité d’un tel couplage, un modèle dynamique représentatif des installations MED est présenté. Ce modèle permet le suivi et l’étude de toutes les variables agissant sur les performances globales de l’installation ainsi que l’identification des variables critiques pouvant nuire au fonctionnement de ces installations en régime transitoire. Ce modèle a ensuite été couplé à un modèle d’une centrale solaire à concentration afin de conclure sur le potentiel d’une telle association. Pour pouvoir assurer un fonctionnement optimal de l’installation MED en régime transitoire, une stratégie de régulation est présentée et intégrée / Demand for water will continue to increase over the next decades, leading to more stress on limited resources and ecosystems. However, ¾ of the Earth is water and 97% of it is seawater. Therefore, it is highly interesting to desalinate seawater. It is within this framework that this work was carried out. The goal of this PhD was to model desalination plants, based on the Multiple-Effect Distillation (MED) process, when they are operated under dynamic conditions. The MED plants are mature desalination processes with high energetic performances and are very flexible to load variations. For this study, a coupling between a MED plant and a renewable energy source, therefore transient, was assumed. To study the potential and the feasibility of such an association, a dynamic model representative of the MED plants was developed. With this, it is now possible to study the evolution of all the variables that have a consequence on the plant’s performances as well as to identify which variables are the most critical to the dynamic operation of the MED plant. This model was then combined with a concentrated solar power plant to conclude about the potential of this coupling. To assure an optimal operation of the MED plant under dynamic conditions, a regulation strategy was developed and implemented

L'intégration d'équipements d'électronique de puissance dans un réseau continu peut mener le système à fonctionnement instable. Dans ces travaux, nous nous intéressons à la question suivante : comment dimensionner les systèmes de génération aéronautique de façon à garantir la stabilité de la tension continue tout en minimisant la masse ? Dans le premier chapitre, nous montrons que le problème de l'intégration d'un équipement dans le réseau est fortement lié à la robustesse de son dimensionnement vis-à-vis d'incertitudes portant sur son environnement final de fonctionnement. Nous proposons alors une nouvelle approche pour la conception des futurs réseaux continus aéronautiques, utilisant la robustesse comme un indicateur de la "capacité d'intégration" d'un équipement dans le réseau. Dans le deuxième chapitre, nous montrons en particulier comment une loi de commande robuste peut aider à la résolution du problème de l'intégration tout en minimisant la masse du système. Dans le troisième chapitre, cette méthodologie a finalement été appliquée à trois structures d'électronique de puissance pour la génération d'énergie dans les avions futurs (ATRU, redresseur hexaphasé à diodes, et redresseur contrôlé en pleine onde).

Cette thèse se place dans le cadre du projet Robot-Anguille, qui regroupe six laboratoires français. L'objectif du projet est de concevoir, étudier et réaliser un robot "anguille" ou "serpent-nageur" capable de se déplacer dans un espace à 3 dimensions.<br /><br />A travers cet objectif, la thèse se porte dans un premier temps sur la modélisation dynamique du robot sous la forme d'un mécanisme hybride (structures de robots parallèles montées en série) permettant ainsi d'être le plus proche possible du prototype construit. Pour cela nous avons utilisé les algorithmes récursifs de Newton-Euler pour les modèles dynamiques inverse et direct en les généralisant au cas des robots à base mobile. Nous avons également proposé un modèle de contact fluide-structure pour simuler le comportement du robot dans l'eau. Pour tester ces algorithmes, nous avons simulé le comportement du robot lors de différents types de nage et en avons tiré des conclusions qui nous ont guidées dans la conception du prototype. <br /><br />Dans un deuxième temps, à partir d'un générateur de mouvements à base de CPGs (ou réseau de neurones), nous avons étudié des lois de commande pour réaliser des simulations de nage en boucle fermée. Ainsi, nous avons abordé les problèmes de la nage vers des points cible et l'évitement d'obstacles pour la nage en milieu confiné.

Cette thèse concerne le développement de nouvelles stratégies de contrôle d'unréfrigérateur cryogénique soumis à de fortes variations de charge thermique. De telles perturbationsvont se rencontrer lors du refroidissement des aimants supraconducteurs des futurs réacteurs defusion (tokamak JT-60SA par exemple).La modélisation d'un réfrigérateur de test, offrant une capacité de refroidissement de 800Wà 4.5K, a été effectuée sous le logiciel Matlab/Simulink. Celle-ci est basée sur les équationsthéoriques de la thermodynamique, de la thermique et de l'hydraulique et prend en compte lespropriétés non linéaire de l'hélium à basse température.A partir de ce modèle, une stratégie de contrôle multivariable a été proposée sur les deuxparties du réfrigérateur : la station de compression et la boîte froide. Les résultats expérimentauxmontrent de nettes améliorations et une plus grande stabilité du réfrigérateur en présence decharges pulsées par rapport à la stratégie initiale (PI).Un observateur de la charge thermique du bain d'hélium liquide a également été développé.Le modèle utilisé est construit par identification à partir de mesures internes au réfrigérateur. Ilpourrait servir comme outil de surveillance aux opérateurs.

Durant les dix dernières années, les réseaux de neurones à fonctions sigmoïdales ont connu de grands succès dans de nombreux domaines. Associés à des algorithmes d'apprentissage efficaces, ils constituent un puissant outil de modélisation non linéaire de processus, grâce à leur propriété d'approximation universelle parcimonieuse. Ce travail de thèse propose une mise en uvre de réseaux d'ondelettes, alternative possible aux réseaux de neurones, pour la modélisation statique et dynamique. Les ondelettes sont une famille de fonctions issues du traitement du signal et de l'image, dont il a été récemment montré qu'elles possèdent la propriété d'approximateur universel. La mise en uvre des réseaux d'ondelettes est effectuée suivant deux approches : - Approche fondée sur la transformée continue: les paramètres des fonctions sont à valeurs continues dans l'ensemble des nombres réels et peuvent donc être ajustés, comme ceux d'un réseau de neurones classique, à l'aide de méthodes de gradient. Nous proposons des réseaux et des algorithmes d'apprentissage pour la modélisation entrée-sortie et d'état. Les résultats obtenus sur des processus simulés et réel montrent que ces réseaux permettent d'obtenir des modèles de performance et de parcimonie équivalentes à celles des réseaux de neurones si des précautions de mise en uvre sont prises. - Approche fondée sur la transformée discrète: les paramètres des fonctions étant à valeurs discrètes, les apprentissages fondés sur des méthodes de gradient ne sont pas applicables. Nous proposons de construire des réseaux par sélection d'ondelettes dans une bibliothèque pré-établie. Cette procédure est également utilisée pour l'initialisation des paramètres des ondelettes avant leur apprentissage. Les résultats obtenus montrent que la procédure proposée confère à l'apprentissage une meilleure indépendance vis-à-vis de l'initialisation aléatoire des autres paramètres ajustables du réseau.