Ce travail de recherche met en avant l'intérêt qu'offre la simulation en ligne comme outil d'aide à la décision, outil centré sur le pilotage d'atelier vis-à-vis d'événements se produisant en temps réel et pour un horizon à très court terme. Après avoir présenté le contexte général du pilotage des systèmes de production, nous avons étudié les outils existants et utilisés industriellement pour l'exploitation de la production, de même que les outils d'aide au pilotage permettant d'assurer le respect optimal des objectifs fixés. Après un travail préalable sur la simulation hors ligne, nous proposons de coupler un outil de simulation en ligne à un outil d'exécution d'atelier de type MES afin de piloter en temps réel le processus de production. Une démarche de modélisation faisant appel de façon complémentaire à deux approches, analytique et simulatoire, est finalement mise en place. Nous mettons en exergue l'utilisation de la simulation de flux en ligne pour aider au pilotage d'un processus opérationnel. Ainsi nous modélisons le processus de pilotage en temps réel afin de décrire les fonctions requises. Pour cela, nous utilisons différentes stratégies d'utilisation des simulateurs en ligne pour le pilotage, avec un ou deux modèles et avec plusieurs méthodes d'utilisation de ces modèles. La simulation en ligne apporte alors des informations objectives sur les conséquences à court terme d'un événement, ainsi que sur les divers scenarii de correction envisagés. Pour mieux convaincre les industriels de l'intérêt de la simulation en ligne, nous présentons des solutions pratiques aux spécifications et besoins énoncés précédemment en nous appuyant sur une plate-forme expérimentale. / This research work highlights the interest of online simulation as a decision support tool. This tool is focused on workshop control in relation with real time and short-term events. Online simulation enables to analyze and compare scenarios affecting the production, such as failures or unexpected orders. Moreover online simulation allows a very short term projection in the future in order to quantify the consequences of some unexpected event: we call it projection simulation. Finally, online simulation is helpful to choose the solution that will reduce the impact of a critical event, through the simulation of several scenarios. To conclude, online simulation is one the most interesting decision support tool in workshop piloting. However, there are few industrial applications in manufacturing systems. The first part of this research work introduces the overall context of production system management. The different generic functions of controlling the production, the modes of piloting and the evolutions of workshop are detailed. We also explain piloting typologies according to their reactivity. In the second part, we study the existing software tools used in industry for the operation of production, and support tools that ensure optimal compliance in regard to the objectives. After a preliminary work on the offline simulation, we propose to couple an online simulation tool with a type MES delivery tool in order to control the production process in real time. A modeling approach using two complementary approaches, an analytical one and simulation, is then introduced. The objective of the third part is to emphasize the use of online flow simulation to assist in operating a production process. Thus we model the process in real time to describe the required functions. Therefore we try out different strategies of use of online simulators, through one or two models and several methods of using these models. Online simulation then provides realistic information on the short-term consequences of an event, as well as on the different ways of correcting the scenarios. To convince industry of the relevance of online simulation, the fourth part presents practical solutions to the specifications and requirements previously stated. An experimental platform helped us validate the concept of online simulation as piloting support tool, but also underline the difficulties of development.

Désormais, les clients ne se satisfont plus seulement d’une offre diversifiée de produits mais ils demandent à être partie prenante pendant les processus de développement et de configuration afin d’obtenir des produits le plus personnalisés possible en regard de leurs attentes. La contribution des clients à ces processus conduit à des changements dans l’organisation de la conception, dans le modèle de gestion de l'entreprise, la définition du produit. Tout d'abord, nous présentons le modèle de conception en configuration personnalisée nommé Auser. Nous décrivons tout d’abord les fondamentaux théoriques du modèle de conception en configuration pour personnalisation orientée utilisateur. Dans le deuxième chapitre, la méthode de conception est étudiée, y compris la description formelle des entités décrivant le produit, la construction de l'ontologie ainsi que la modélisation par fonctions, composants et services. Le troisième chapitre présente la configuration de modèle de produit personnalisé par l'utilisateur final du robot industriel. Ces utilisateurs peuvent spécifier les objectifs et contraintes de la mise en œuvre des robots industriels par le biais des paramètres et attributs. / In today's market, obtaining a variety of products through configuration design has become increasingly common. However, with the development of the market, customers have not only satisfied the company offering a variety of products, and more demands on participating in the process of configuration design by themselves, so that they can obtain fully personalized products. Customer participation leads to the changes of design process, company's management model, etc. Based on the above problem, this thesis takes industrial robot as an example, and studies the management issues related to the customer involved in the design, in order to address the contradiction between product diversification, personalized requirements and the long design cycle and high manufacturing costs. Firstly, Auser-customized configuration design pattern is presented. The theory source of user-customized configuration design pattern is introduced, and then the related concepts are expounded. The corresponding business mode of user-customized configuration design pattern is given, and the key technologies to realize business mode is studied. System dynamics models were established for user-customized configuration design business mode and for traditional business mode of industrial robots by Anylogic simulation software. Secondly, the component-based theory and method are studied, including the formal description of things, ontology representation, componentization and servitization. On this basis, the componentization description model is established for the product parts. And the model is represented as service-component. Next, the formation process and extension method of service-component are introduced. An example of industrial robot components modeling is analyzed, includingestablishing industrial robot domain ontology by protégé, describing, instantiating and extensing components. Thirdly, the industrial robot user-customized configuration design template is constructed, and users can obtain the industrial robot meeting constraints through parameters setting; The kinematics and dynamics analysis on template is taken by Simscape model, and the dynamic parameters is analyzed, and the finite element analysis on template is taken by ANSYS, including statics analysis and modal analysis. The parameters flow process in template is analyzed. Then taking industrial robot user-customized configuration design using configuration template as an example, the configuration template is analyzed in application. Fourthly, the internal algorithm of user-customized configuration design is researched. Platform-based and user-leading user-customized configuration design process is constructed, and then the internal algorithm to keep the design running smoothly is studied, including the degree of freedom determination, fuzzy demand calculation, and service-component configuration and the configuration program evaluation. A case analysis is also taken for the internal algorithm Finally, on the basis of the previous section, the prototype system design of the open design platform is taken. Based on system requirements analysis and system design, the main pages of the platform are designed, and the key functions are introduced .

L'industrie est aujourd'hui, comme elle a toujours été, une pierre angulaire de l'économie pour chaque pays développé. Avoir une base solide en entreprises industrielles est très important parce qu’elles poussent et stimulent tous les autres secteurs de l'économie, et offrent également une grande variété d'emplois qui apporte des bonnes conditions de vie dans de nombreux secteurs de la société. L’augmentation de la concurrence mondiale, l’évolution rapide du marché, la nécessité de créer des entreprises stables avec des usines rentables obligent la mise en oeuvre d’une démarche globale prenant en compte à la fois les aspects techniques, économiques, logistiques et sociétaux lors de la conception d’un système de production innovant. L’objectif de cette thèse est de contribuer au développement d’un concept innovant de Systèmes de Production Reconfigurables et Agiles (SPRA) permettant de s'adapter rapidement et efficacement aux exigences imposées du marché, des clients, de la technologie des procédés, de l’environnement et de la société afin que l’entreprise soit dynamique, compétitive et rentable. Dans ces travaux de thèse, la proposition d'un modèle générique et la caractérisation de ce nouveau type de système de production ont été décrits en utilisant le langage de modélisation des systèmes complexes (SysML : Systems Modeling Language). Ensuite, nous avons développé un processus de reconfiguration qui représente une démarche à suivre pour concevoir et implanter une nouvelle configuration. De plus, un pilotage opérationnel adapté au SPRA a été introduit. Enfin, quelques travaux développés au cours de cette thèse ont été partiellement déployés sur un démonstrateur industriel au sein de la plate-forme AIP-PRIMECA Auvergne. / Industry is, today as it has always been, a cornerstone of the economy for any developed country. Having a strong manufacturing base is very important because it impels and stimulates all the other sectors of the economy. It provides a wide variety of job, which bring higher standards of living to many sectors of society, and builds a strong middle class. Increasing global competition, rapid changes in the marketplace and the need to create stable companies with profitable plants require the implementation of a global approach, taking into account technical, economic, logistic and societal aspects in the design of an innovative manufacturing system. The aim of this dissertation is to contribute to the development of an innovative concept of Reconfigurable and Agile Manufacturing Systems (RAMS) to adapt quickly and effectively to the requirements imposed by markets, customers, technology processes, the environment and society, to ensure that the enterprise is dynamic, competitive and profitable. In this thesis work, the characterization and proposal of a generic model for this new type of manufacturing system have been described using the language of complex systems modeling (SysML: Systems Modeling Language). We have developed a reconfiguration process that represents the approach to follow in the design and implementation of a new configuration. In addition, the operational control of a RAMS has been introduced. Finally, some works developed in this thesis have been partially deployed on an industrial demonstrator within the AIP-PRIMECA Auvergne organisation.

Cette thèse s'intéresse à l'adaptation des lois de pilotage d'un avion de transport civil aux différentes incertitudes qui peuvent affecter sa dynamique. Le procédé de pilotage adaptatif est censé fonctionner en temps réel à bord de l'avion afin d'optimiser la performance boucle fermée en fonction des conditions dans lesquelles il évolue. Les incertitudes peuvent être liées à la méconnaissance des conditions de vol (par exemple la vitesse et l'altitude), à des non-linéarités aérodynamiques inconnues ou encore à la méconnaissance du pilote aux commandes. Les procédés adaptatifs qui répondent à ces problèmes se doivent d'être performants sur l'ensemble du domaine opérationnel de l'avion en présence de perturbations réalistes. D'autres contraintes spécifiques peuvent être ajoutées en fonction du contexte (par exemple des charges limites, la stabilité aéroélastique, etc.). Plusieurs méthodes adaptatives sont testées afin d'adapter le système aux larges incertitudes qui le composent. Elles associent en général un estimateur en ligne (aussi appelé loi de mise-à-jour) à une loi de commande structurée. La synthèse de ces deux éléments peut être réalisée simultanément pour les méthodes adaptatives dites " directes ", comme par exemple le Model Reference Adaptative Control qui utilise la stabilité au sens de Lyapounov. Mais cette synthèse peut aussi être découplée pour les méthodes adaptatives dites "indirectes", ce qui offre un large choix de techniques pour chaque élément (comme les Moindres Carrés pour l'estimation de paramètres physiques incertains et la synthèse sous forme LFR pour le correcteur). Le choix de la méthode dépend fortement du contexte applicatif et des nombreuses contraintes associées. Trois applications sont au cœur de ce mémoire. Elles traitent de l'ajustement de lois de guidage à un modèle pilote inconnu, du contrôle longitudinal de non-linéarités de l'avion, et de la mise au point de lois longitudinale et latérale de pilotage manuel qui s'adaptent à des conditions de vol inconnues. Des méthodes avancées d'analyse linéaire et non-linéaire (dérivées de la µ-analyse et d'algorithmes d'optimisation) sont aussi mises en place pour valider ces systèmes sophistiqués adaptatifs en temps réel. D'une façon générale, les méthodes adaptatives indirectes ont donné le plus de satisfaction. Leur performance est aussi bonne que celle des méthodes directes, mais le fait qu'elles estiment en ligne des paramètres physiques facilite la surveillance temps réel du procédé adaptatif et sa validation. / This thesis deals with adapting flight control laws of a civil transport aircraft to various incertainties which can affect its behaviour. The adaptive flight control system is supposed to run in real time onboard the airplane so that its closed-loop performance is optimized with respect to the current conditions. These incertainties may be linked to unknown flight conditions (e.g. unknown airspeed and altitude), or unknown aerodynamics non-linearities or even unknown behaviour of the pilot in command. The adaptive schemes that are derived to answer these problems must be valid on the whole flight envelope with realistic disturbances but other additional contraints may exist depending on the context (e.g. loads limits, aeroelastic stability, etc.). To accommodate for large uncertainties on the system, adaptive methods are investigated. They usually combine an online estimator (also called an update law) with a structured flight control law. The synthesis of both elements may be simultaneous on 'direct' adaptive methods, e.g. on Model Reference Adaptive Control, using Lyapunov's stability theory. But it can also be decoupled on 'indirect' adaptive methods, giving a full spectrum of techniques for both elements (such as Least-Squares for estimating unknown physical parameters and the LFR framework for designing controllers). The choice of a specific method really depends on the application context and the related constraints.Three applications are the core of this report. They deal with adjusting guidance law to the pilot's unknown behaviour, controlling a longitudinal non-linearity, and providing manual longitudinal and lateral flight control laws which adapt to unknown flight conditions. Advanced linear and non-linear analysis techniques (based on µ-analysis or on optimization algorithms) are also applied to validated these sophisticated real-time adaptive systems. Results showed that indirect adaptive schemes were generally the most satisfactory. Their performance is similar to the one of direct schemes but as indirect methods provide physical parameter estimates, real-time monitoring and offline validation seem quite easier.

Vid inrättandet av nya farleder är synbarheten en viktig fråga när det handlar om valet av sjömärke. Idag grundar sig detta val på subjektiva metoder eftersom det inte finns någon forskning kring det optiska upptäcktsavståndet till de sjömärken som används i svenska farvatten. Används ett sjömärke med för kort upptäcktsavstånd äventyras säkerheten, samtidigt som ett för effektivt sjömärke innebär högre kostnader. Syftet var att studien ska ligga till grund för skapandet av objektiva metoder vid utmärkning av farleder genom att undersöka det optiska upptäcktsavståndet till olika flytande sjömärken. En metodologisk triangulering genomfördes i form av en fältstudie ombord på fartyg och ett frågeformulär som besvarades av lotsar. Resultatet från fältstudien visade att bojarna generellt hade ett längre upptäcktsavstånd gentemot lysprickarna. Upptäcktsavståndet varierade beroende på sjömärkets form, höjd, bredd, färg, ögonhöjd, ljusvinkel, samt bakgrunden bakom sjömärket. Resultatet visade även intressanta skillnader och likheter bland lotsarnas svar kring de faktorer som ansågs påverka det optiska upptäcktsavståndet. / For the introduction of new waterways visibility is of importance when choosing the appropriate sea mark. Today the choice of sea mark is very subjective due to the lack of research regarding the visual detection distance of the ones used in Swedish waters. Safety is jeopardised if a sea mark is used with a detection distance that is too short, whereas a more effective sea mark leads to higher costs. The purpose was that the study would help in creating objective methods when marking waterways by investigating the visual detection distance of different floating sea marks. A methodological triangulation was performed in the form of a field study on board a ship, and a questionnaire was answered by pilots. The field study revealed that the buoys generally had a further detection distance compared to the light spar buoys. The detection distance varied according to the sea marks shape, height, width, colour, eye height, light angle and also the background behind the sea mark. The result also showed interesting differences and similarities amongst the pilots’ answers regarding the factors which where perceived to affect the visual detection distance.

Cette thèse s’intéresse à la dynamique actuelle du développement durable dans l’entreprise et la prise en compte de la responsabilité sociale dans les processus stratégiques. En particulier, elle vise à caractériser les logiques de conception des systèmes de pilotage de la performance globale au sein d’entreprises pionnières au Maroc et la manière dont ces dernières cherchent à articuler exigence de conformation et logique d’innovation en matière de développement durable. La première partie de cette thèse est consacrée à l’élaboration du cadre conceptuel de la recherche, abordant les fondements du concept de la performance globale et analysant la portée et les limites des modèles conçus pour son pilotage. La deuxième partie de la thèse aborde empiriquement la problématique de la recherche. Après une première analyse des démarches des entreprises en matière de développement durable dans le contexte des pays en développement, sont présentés les résultats de deux études de cas multi-sites, réalisées au sein de deux entreprises pionnières au Maroc : Lafarge Maroc et Accor Maroc. Les modalités de déploiement de la démarche de développement durable et les caractéristiques des systèmes de pilotage de la performance globale sont analysées au plan de la stratégie, des structures organisationnelles et de l’instrumentation de gestion. La recherche met en évidence les contraintes spécifiques au contexte marocain qui rendent plus complexe le déploiement stratégique du développement durable. Ces contraintes impliquent un étalement et une gradation des engagements dans le temps permettant à l’encadrement intermédiaire et opérationnel de développer la capacité organisationnelle à porter les projets sociaux et environnementaux du sommet stratégique. On observe par ailleurs un renforcement des structures fonctionnelles et la mise en place de nouvelles démarches qui s’accompagnent d’un décloisonnement organisationnel interne et externe. La mobilisation du cadre d’analyse de la systémique ago-antagoniste a permis de concevoir le pilotage de la performance globale comme un processus d’équilibration sous tension de trois ensembles expansifs de couples ago-antagonistes : performance financière/performance sociale, contrôle/autonomie, routinisation/innovation, relevant respectivement de deux sphères de référence : financière et durable. / This thesis focuses on the current dynamics of sustainable development in the company and the inclusion of social responsibility in strategic processes. In particular, it aims to characterize the logical system design for controlling the overall performance of the pioneers in Morocco and how the latter seek to articulate and logical requirement conformation of innovation in sustainable development. The first part of this thesis is devoted to developing the conceptual framework of research, addressing the foundations of the concept of overall performance and analyzing the scope and limitations of models for its management. The second part of the thesis addresses the problem of empirical research. After an initial analysis of business processes for sustainable development in the context of developing countries, are presented the results of two case studies of multi-site, performed in two pioneering companies in Morocco: Morocco Lafarge and Accor Morocco. The arrangements for the deployment of sustainable development and characteristics of systems for controlling the global performance is analyzed in terms of strategy, organizational structures and management instrumentation.The research highlights the constraints to the Moroccan context that complicate the strategic deployment of sustainable development. These constraints imply a spreading and a gradation of the commitments in time for middle management and operational levels to develop the organizational capacity to carry the social and environmental projects of strategic summit. Moreover, there is a strengthening of the functional and the implementation of new approaches that are accompanied by an opening up our internal and external. The mobilization of the analytical framework of ago-antagonist systems has helped design the global performance management as a process of balancing power of three sets of expansive ago-antagonistic couples: financial performance / social performance, control / autonomy , routinization / innovation, falling within two reference spheres: financial sustainability.

La conception automobile est un processus complexe, soumis à de fortes incertitudes et mettant en jeu une création de valeur multidimensionnelle. De plus, la coordination dans ce processus, impliquant une multitude d’acteurs de domaines variés et travaillant sur un produit lui-même complexe et incertain, s’avère difficile.Une analyse des méthodes de pilotage existantes dans la littérature nous a permis d’identifier des limites ne permettant pas de répondre simultanément à l’ensemble des caractéristiques de ce processus. Nous avons donc proposé une méthode de pilotage novatrice articulant Valeur Risques Opportunités. Celle-ci s’inscrit dans le cadre des travaux théoriques intégrant les deux champs de contrôle : le Management de la Performance (MP) et le Management des Risques (MR). Notre méthode de pilotage permettrait de dépasser les limites des méthodes existantes à travers l’adoption d’une approche holistique (prise en compte de l’ensemble des dimensions de valeur), systémique (prise en compte des interactions complexes entre les différents constituants du processus) et dynamique (intégration systématique des risques et des opportunités au pilotage de la création valeur).Pour mettre en œuvre notre méthode de pilotage dans le processus de conception du Groupe PSA, nous avons construit un prototype générique permettant la mobilisation des acteurs sur une trajectoire d’amélioration et la co-construction d’une manière dynamique d’une version applicable chez PSA. Nous nous sommes appuyée, dans notre démarche d’ingénierie de mise en œuvre, sur les travaux d’appropriation des outils de gestion et d’implémentation des innovations managériales complexes. Les résultats de la mise en œuvre nous ont permis : i) d’un côté, de confirmer l’intérêt de notre méthode de pilotage articulant Valeur Risques Opportunités ayant suscité l’intérêt de plusieurs acteurs clés, attesté par des améliorations effectives du pilotage des projets véhicule et de la coordination des acteurs et ; ii) d’un autre côté, de révéler des difficultés liées au décalage entre certaines de nos propositions, cherchant à construire des outils représentatifs de la complexité des mécanismes en jeu dans le processus de conception, et la volonté des acteurs de simplifier davantage la méthode et de se focaliser, dans un contexte de crise, sur la dimension économique et sur la gestion des risques. Dans notre thèse, nous proposons également quelques perspectives d’évolution de la fonction Contrôle de gestion, à travers l’intégration de notre méthode de pilotage, pour une meilleure adéquation avec les particularités du processus de conception automobile. / Automotive design is a complex and uncertain process creating a multidimensional value. This process is also characterized by a difficult coordination of the multitude of actors from different areas involved in the design a complex and uncertain product.An analysis of existing control methods in the literature allows us to identify some limits which hamper the simultaneously response to all the characteristics of this process. We propose an innovative control method articulating Value, Opportunities and Risks. Our method contributes to the theoretical works proposing the integration of two major control fields: Performance Management (PM) and Risk Management (RM). Our method allows overcoming the limitations of existing control methods through the adoption of a holistic (taking into account all the dimensions of value), a systemic (taking into account the complex interactions between the various components of this process) and a dynamic approach (by a systematic integration of risks and opportunities to the control of value creation process).To implement this control method in PSA group design process we built a generic prototype. This allowed the mobilization of actors by fixing an improvement trajectory and a dynamic co-conception of an applicable version for PSA.The results of the implementation allowed us to : i) confirm the benefits of our control method articulating Value, Opportunities and Risks which interested several key actors and lead to some effective improvements in vehicle projects management and actors coordination and; ii) reveal difficulties dues to the gap between some of our proposals, seeking to build tools reflecting the design process complexity, and willingness of stakeholders to simplify the method and to focus, in a context of crisis, on the economic dimension and risk management.In our thesis, we also propose some perspectives to improve Management Control function, through the integration of our control method, for a better match with the characteristics of the automotive design process.

L’essor des technologies renouvelable à apport variable pose des nombreuses difficultés dans le fonctionnement du système électrique. Ce système doit garantir l’équilibre offre-demande à tout moment, ainsi que d’assurer des hauts niveaux de fiabilité du service. Donc, la variabilité accroît les besoins de flexibilité et des services système. Ils existent plusieurs options capables de fournir ceux services, dont : le renforcement des interconnections, le pilotage intelligent de la demande, le renforcement des capacités de réponse rapide des unités de production, mais aussi, le mis en œuvre des technologies de stockage de l’électricité. Cependant, les marchés électriques actuels sont basés sur la rémunération de l’énergie. Donc, la valorisation intégrale des services qui peut fournir le stockage semble difficile, ce qui restreint le « business case » des options de flexibilité.Cette thèse s’inscrit autour des propos suivants : (1) modéliser et évaluer les interrelations entre variabilité, besoins de flexibilité et objectifs de décarbonation du parc électrique, (2) analyser le rôle, ainsi que la valeur, des différents technologies du stockage à travers le cas Français aux horizons 2020, 2030 et 2050, et (3) discuter sur les aspects de régulation de la flexibilité, ainsi que proposer des politique énergétiques concrètes permettant la réussite des objectifs de transition énergétique et de décarbonation du mix électrique français. / The increasing variability of electricity production in Europe, which is mainly due to the intermittent production of renewables such as wind and photovoltaic (VRE), will require significant efforts to reconcile demand and supply at all times. Thus, increasing shares of variability imply increasing amounts of system services. In addition to upgraded interconnections, demand-side management (DSM) and dispatchable backup capacity, electric energy storage (EES) technologies will have a major role to play in this context.However, due to the peculiar price formation mechanism prevailing in energy-only electricity markets, the commercial case for EES is being eroded by the very forces that create the need for its increased deployment at the system level. The private incentives of EES are thus diminishing while its social value, which is determined by the multiple system services these technologies can supply, is increasing.This thesis sets out to (1) model and assess the interplays between variability, flexibility needs and decarbonization objectives, (2) analyze the role and the value of EES technologies in view of the French official objectives by 2020, 2030 and 2050, and (3) discuss regulatory aspects, and propose a set of energy policies allowing to succeed in the energy transition and decarbonization goals.

Comment satisfaire les besoins en énergie d’une population de 9 milliards d’êtres humains en 2050, de façon économiquement viable tout en minimisant l’impact sur l’environnement. Une des réponses est l’insertion de production d’énergie propre d’origine éolienne et photovoltaïque mais leurs totales dépendances aux variations climatiques accentuent une pression sur le réseau. Les modèles prédictifs historiques centralisés et paramétriques ont du mal à appréhender les variations brutales de productions et de consommations. La révolution internet permet aujourd’hui une convergence entre le numérique et l’énergie. En Europe et depuis cinq ans, l’axe d’étude est celui de la maîtrise locale de l’électricité. Ainsi plusieurs quartiers intelligents ont été créés et les modèles utilisés de pilotage et de prédiction restent souvent la propriété des partenaires des projets. Dans cette thèse, Il s’agit de réaliser un bilan énergétique chaque heure pour prédire l’ensemble des vecteurs énergétiques d’un système. Le besoin en énergie d’un système comme une maison est décomposée en un besoin en chauffage, en un besoin en eau chaude sanitaire, en un besoin en luminaires, en besoin de ventilation et en usages spécifiques électriques utiles. Le système peut posséder une production décentralisée et un système de stockage ce qui augmentera sa capacité d’effacement. Pour le centre de pilotage, l’objectif est d’avoir une possibilité de scénarios de surproductions ou surconsommations sur un quartier donnée à court terme. Nous considérerons dans cette thèse un horizon à l’heure pour notre bilan énergétique. Cela implique une prédiction fine des différents flux énergétiques d’un système en particulier le chauffage et l’eau chaude qui représente le plus gros potentiel de flexibilité dans les bâtiments. Pour réaliser un bilan, nous devons calculer les différents flux énergétiques à l’intérieur de notre système : les déperditions par l’enveloppe et la ventilation, les gains internes solaires, des personnes et des appareils, le stockage, la production d’eau chaude sanitaire, les usages spécifiques électriques utiles. Sur certains de ces points, nous pouvons évaluer assez précisément et en fonction du temps les quantités d’énergie échangées. Pour les autres (ECS, USE, gains internes, stockage), la bibliographie nous donne que des méthodes globales et indépendantes du temps. Il n’est donc pas possible d’envisager une méthode correspondant au pas de temps souhaité. Ceci impose la mise au point d’une méthode prédictive et apprenante dont nos modèles de simulation énergétique seront le point de référence. Il n’en reste pas moins que ces modèles permettent la compréhension du comportement énergétique du système. L’outil se devra non intrusif, personnalisé, robuste et simple. Pour limiter le caractère intrusif de l’outil, il s’agit à la fois d’ajouter de l’intelligence comme par exemple l’identification des appareils utiles à partir d’un seul point de mesure mais aussi la collection et l’analyse d’informations localement. Les données privées ne sont pas transmises vers l’extérieur. Seules les informations de prédictions énergétiques sont envoyées à un niveau supérieur pour agrégation des données des quartiers. L’intelligence est également au niveau des prédictions réalisées issues de méthodes d’apprentissage comme l’utilisation des réseaux de neurones ou des arbres de décision. La robustesse est étudiée d’un point de vue technologie (plusieurs protocoles de communication ont été testés), techniques (plusieurs méthodes de collecte) et d’un point de vue du stockage de données (limiter la fréquence de collecte). La simplicité d’usage engendre une simplicité d’installation minimiser le nombre de données d’entrée tout en gardant une précision souhaitable sera notre principal axe d’optimisation. / This work presents a data-intensive solution to manage energy flux after a low transformer voltage named microgrid concept. A microgrid is an aggregation of building with a decentralized energy production and or not a storage system. These microgrid can be aggregate to create an intelligent virtual power plant. However, many problems must be resolved to increase the part of these microgrid and the renewable resource in a energy mix. The physic model can not integrate and resolve in a short time the quickly variations. The intelligent district can be integrate a part of flexibility in their production with a storage system. This storage can be electrical with a battery or thermal with the heating and the hot water. For a virtual power plant, the system can be autonomous when the price electricity prediction is low and increase the production provided on the market when the price electricity is high. For a energy supplier and with a decentralized production building distant of a low transformer voltage, a regulation with a storage capacity enable a tension regulation. Finally, the auto-consumption becomes more and more interesting combined with a low electrical storage price and the result of the COP 21 in Paris engage the different country towards the energy transition. In these cases, a flexibility is crucial at the building level but this flexibility is possible if, and only if, the locally prediction are correct to manage the energy. The main novelties of our approach is to provide an easy implemented and flexible solution to predict the consumption and the production at the building level based on the machine learning technique and tested on the real use cases in a residential and tertiary sector. A new evaluation of the consumption is realized: the point of view is energy and not only electrical. The energy consumption is decomposed between the heating consumption, the hot water consumption and the electrical devices consumption. A prediction every hour is provided for the heating and the hot water consumption to estimate the thermal storage capacity. A characterization of Electrical devices consumption is realized by a non-intrusive disaggregation from the global load curve. The heating and the hot water are identify to provide a non intrusive methodology of prediction. Every day, the heating, the hot water, the household appliances, the cooling and the stand by are identified. Every 15 minutes, our software provide a hot water prediction, a heating prediction, a decentralized prediction and a characterization of the electrical consumption. A comparison with the different physic model simulated enable an error evaluation the error of our different implemented model.

Les systèmes complexes à longue durée de service sont des systèmes de grande taille qui ont généralement un comportement stochastique. Dans cette thèse, nous étudions, particulièrement, un type de ces systèmes : le système de vélos en libre-service. Le principe de fonctionnement de ce service de transports est de disposer des vélos dans diverses stations de la ville. Les usagers viennent prendre des vélos pour effectuer un trajet et puis les déposent dans des stations quelconques.Comme la durée d’exploitation de ces systèmes est longue, de nouveaux besoins (par exemple l’attractivité de station) et une dégradation de performance peuvent survenir. Un outil d’aide à la décision est ainsi nécessaire pour analyser et améliorer la performance par des opérations de pilotage (p.ex. changement de la taille de flotte) ou de re-conception (p.ex. changement de la capacité d’une station). L’approche suivie, pour cette finalité, est la modélisation stochastique en utilisant un réseau de files d’attente possédant des files à capacités limitées et un mécanisme de blocage. La méthode de résolution du modèle proposé est définie dans les travaux de Kouvatsos (1994). Notre cas d’étude est un sous-réseau de 20 stations du système Vélib’ de Paris. L’analyse de la performance suite aux changements exogènes et aux opérations d’amélioration (pilotage et re-conception), nous a permis de déduire un ensemble de préconisations qui peuvent améliorer les performances du système. Comme la méthode de résolution de ce modèle possède une complexité importante, nous proposons une méthode d’agrégation des stations pour réduire la taille du problème en ayant des erreurs maîtrisables. Cette méthode est implémentée et évaluée pour un système particulier où tous les paramètres sont homogènes. Enfin, l’étude de cette méthode pour un système non-homogène et d’autres perspectives sont proposées pour étendre ces travaux de recherche. / Complex systems having a long period of service are large scale systems that typically have stochastic behavior. In this thesis, we study, in particular, one type of these systems: the Bike Sharing System. The operating principle of this transport service consists of a fleet of bikes disposed in various stations. The users come to take bicycles to use them for their trip and then bring them back in any stations.As these systems are supposed to operate for long periods, new requirements can overcome (eg. station attractiveness) and performance degradation may occur. A decision support tool is thus required to analyze and improve the performance by control operations (eg. fleet size change) or re-design (eg. changing the capacity of a station).The stochastic modeling approach is used through a network of queues with limited capacity queues and a blocking mechanism. The resolution method of the proposed model is defined in the research work of Kouvatsos (1994).The case study is a sub-network of 20 Vélib's stations in Paris. The performance analysis according to exogenous changes and improvement operations (control and re-design) allowed us to deduce recommendations that can improve the performance of the system.As the method of solving this model has a great complexity, we propose a method of aggregation of the stations to reduce the size of the problem by having controllable errors. This method is implemented and evaluated for a particular system where all the parameters are homogeneous. Finally, the study of this method for a non-homogeneous system and other perspectives are proposed to extend this research work.