L’objectif de cette thèse était de proposer une contribution dans le domaine de la modélisation du comportement de digues flottantes permettant d’optimiser le positionnement et le dimensionnement de ces structures. La finalité étant de participer à la définition d’outils d’aide à la décision pour l’aménagement portuaire destiné à la protection des installations. Nous avons proposé un nouveau modèle de comportement de digues flottantes. Ce modèle de comportement simple et efficace combine deux modèles. Le premier est un modèle de Berkhoff étendu et amélioré qui prend en compte les effets de frottement au fond, de bathymétrie fortement variable et de déferlement. Il permet d’évaluer dans le plan horizontal du port la propagation de la houle. Le second est un modèle décrivant le comportement hydrodynamique d’une digue flottante dans le plan vertical de sa section transversale. Une étude paramétrique a permis de valider globalement ce nouveau modèle. Nous avons proposé ensuite une démarche d’optimisation spécifique basée sur une formulation multicritère du problème d’optimisation et utilisant des techniques de méta modélisation et un algorithme stochastique pour accélérer les calculs. Le front de Pareto obtenu permet pour un port donné, de déterminer la capacité maximale d’absorption de la houle et les dimensions de la plus petite digue / The objective of this thesis is to add a contribution in the field of modeling of the behavior of floating breakwaters, in order to optimize the positioning and sizing of these structures. It is aimed to participate in the definition of the decision making techniques in harbor development intended to the protection of installations. A new model for the behavior of floating breakwaters is proposed. This simple and efficient behavior model combines two models: The first is an extended and improved Berkhoff model that takes into account the effects of bed friction, highly variable bathymetry and wave breaking so that the propagation of waves in the horizontal plane of harbor is evaluated. The second model describes the hydrodynamic behavior of a floating breakwater in the vertical plane of its cross section. A parametric study is used to globally validate the new model, after which a specific optimization approach based on a multi criteria formulation of the optimization problem is proposed. Meta-modeling techniques and stochastic algorithm are together employed to speed up the calculations. The obtained Pareto front allows, for a given harbor, to determine the maximum absorption capacity of waves and the dimensions of the smallest breakwater

Les deltas ont débuté leur édification il y a environ 7000 ans suite à la stabilisation du niveau de la mer. Ils offraient durant l’Antiquité une mosaïque d’environnements, plus ou moins protégés, favorables aux activités maritimes. Nous montrons que plusieurs types de ports deltaïques peuvent être identifiés en raison des différents contextes géomorphologiques offerts par les deltas. La mise en relation des résultats bio-sédimentologiques, avec les données archéologiques nous ont permis de détailler l’évolution des environnements portuaires de plusieurs sites antiques situés dans des deltas. La première étude a été menée à l’échelle du delta de la Kouban (Péninsule de Taman, Russie). Un carottage réalisé à l’extrémité orientale de la péninsule et sa comparaison avec d’autres études géoarchéologiques menées récemment dans le delta nous a permis de restituer l’évolution paléogéographique de la péninsule. Nous avons pu confirmer que cette dernière a constituée, suite à la remontée postglaciaire du niveau marin, un large archipel articulé autour de quatre îles. À Tel Akko (Baie de Haifa, Israël), notre étude nous a permis de restituer l’évolution côtière du site depuis l’Âge du Bronze. À Pollentia, cité romaine des Baléares, nous avons été en mesure de démontrer que le port était situé dans une lagune de faible profondeur située en marge distale d’un petit delta côtier. Enfin à Halmyris (Danube, Roumanie) nous avons été en mesure de démontrer que la forteresse romaine, installée sur un promontoire, était protégée des crues tout en bénéficiant d’un accès facilité au fleuve par l’intermédiaire d’un chenal secondaire au sein duquel son port aurait pu être installé. / River deltas began forming around 7000 years BP because of the stabilisation of the mean sea-level. The natural variety of wetland environments on clastic coasts, in particular deltas, explains in major part the important disparities in harbour contexts. The combination of earth sciences with archaeological tools allows us to investigate the environmental evolution of four ancient sites located on deltas. We investigate 7000 years of environmental changes on the Kuban delta (Taman Peninsula, Russia). A coring, from the eastern limit of the peninsula, and its comparison with other geoarchaeological studies undertaken on the delta, allow us to confirm that the Holocene marine transgression created an archipelago of four islands around 6000 years ago in the area of the present-day Taman Peninsula. In Antiquity, natural factors such as delta progradation and the evolution of spits and sand bars have considerably affected the landscape evolution and therefore human occupation of the peninsula. At Tel Akko, (Haifa Bay, Israel), we reconstruct the evolution of the coastal zone of the site since the Bronze Age. We propose different harbour locations over time. At Pollentia, a Roman city of Mallorca, we have been able to demonstrate that the harbour was situated in a shallow lagoon, probably dredged at the time of its foundation. At Halymris (Danube delta, Romania), our research supports the presence of a secondary fluvial-channel located close to the fortress where the harbour may have been installed. The fortress, located at the foot of a promontory, was protected from floods and provided easy access to the main channel of the river.

Le dragage des ports français génère chaque année entre 25 et 40 millions de tonnes de matériaux non contaminés qui sont clapés en mer. Il existe, de plus, un stock important de sédiments contaminés (10 millions de tonnes environ) qui n’ont pas été dragués, du fait de la réglementation interdisant un rejet en mer lorsque les niveaux de contamination dépassent les seuils définis par l’arrêté du 14 juin 2000. En outre, ce stock de sédiment, qui devra impérativement être dragué dans les dix ans à venir, est quasiment orphelin de filières de traitement et de valorisation adaptées. L’urgence de mettre en place des solutions (filières), respectueuses des fondements du développement durable, a engendré de nombreux programmes de recherche. Le programme SEDiGEST (Gestion des Sédiments de dragages des ports) envisage notamment un scénario de remblaiement des cavités terrestres par des sédiments traités. Cette Thèse de Doctorat, menée dans le cadre de ce programme, contribue à l’amélioration de la compréhension du comportement géo-physico-chimique d’un sédiment marin stabilisé aux liants hydrauliques (chaux + ciment). Pour répondre à cet objectif la démarche expérimentale a été conduite en trois étapes : tout d’abord la caractérisation du solide, puis l’évaluation de la mobilité potentielle des polluants inorganiques et enfin, la modélisation du comportement à la lixiviation. La synthèse des résultats a montré que les polluants inorganiques cibles de la matrice d’étude (cuivre, plomb et zinc) étaient majoritairement associés aux carbonates, aux sulfures/sulfates, aux (oxy)hydroxydes, et/ou à la matière organique. L’étude comparative de la matrice étudiée à trois stades « d’évolution » (avant et après traitement et vieilli artificiellement) a permis de mettre en évidence que le procédé de stabilisation aux liants hydrauliques n’était pas une solution pérenne. En effet, le sédiment traité présente un risque de pollution à plus ou moins long terme, notamment par relargage de plomb et de cuivre, en cas de carbonatation de la matrice sédimentaire. En particulier, la réversibilité du procédé de stabilisation/solidification induit par la réactivité des phases cimentaires avec le CO2 atmosphérique, peut également conduire à une mobilisation des polluants à long terme. / The dredging of French ports generates each year between 25 to 40 million tons of uncontaminated materials which are piled onto sea. Moreover, an important stock of contaminated sediments (about 10 million tons), which has to been dredged, exists. Indeed, the decree of June 14th, 2000 prohibits disposal to sea when levels of contamination exceed regulations. This important stock of sediment, which must be imperatively dredged within 10 years, is almost orphan of adapted treatment and valorization. In this context many research program appear to propose and to develop solutions. The SEDiGEST program (Management of the dredging sediments of ports) intends a scenario of filling terrestrial cavities with treated sediments. This Ph.D. thesis, carried out within the framework of this program, contributes to the improvement in understanding the geo-physico-chemical behavior of marine sediment stabilized with hydraulic binders (cement + lime). In this objective, the experimental approach was conducted in three steps. Firstly, a characterization of the solid was realized. An evaluation of the potential mobility of inorganic pollutants have was then determined. Finally, a modeling of the behavior towards leaching was operated. Data shown that target's inorganic pollutants of the matrix of study (copper, lead and zinc) were mainly associated with carbonates, sulfides/sulfates, (oxy)hydroxides, and/or with organic matter. Comparative study of the matrix at three levels “of evolution” (before and after treatment and artificially aged) highlights the reversibility of the stabilization by hydraulic binders. Indeed, treated sediment presents a pollution risk to less or more long term, leaching of copper and lead, during carbonation.

L’objectif de ce travail est de proposer de nouvelles stratégies de commande non linéaire pour la stabilisation des Réacteurs Parfaitement Agités Continus (RPAC). Pour cela, nous utilisons d’une part, l’approche thermodynamique entropique. Plus précisément, nous utilisons la notion de disponibilité thermodynamique et les propriétés de la thermodynamique irréversible pour définir une fonction de Lyapunov utilisable pour la stabilisation du système en boucle fermée. Nous proposons aussi une fonction disponibilité réduite afin d’obtenir des lois stabilisantes plus performantes en terme de sollicitation des actionneurs. D’autre part, nous proposons une extension du formalisme (pseudo) hamiltonien à ports dissipatifs aux réacteurs chimiques ouverts. Nous montrons que l’Hamiltonien est lié à l’enthalpie libre de Gibbs dans le cas isotherme et à l’ectropie (opposée de l’entropie) dans le cas non isotherme. Par ce formalisme, la dissipation du système représente la production irréversible d’entropie due à la réaction chimique. Nous appliquons ensuite les techniques de commande passive (modelage de l’énergie) pour la synthèse de lois de commande en choisissant la disponibilité thermodynamique comme fonction hamiltonienne à modeler en boucle fermée. Finalement, nous montrons que les commandes synthétisées par l’approche thermodynamique entropique et la formulation pseudo-hamiltonienne sont, dans certains cas, équivalentes. Certaines propriétés relatives à la stabilisation et l’admissibilité des commandes sont aussi considérées. Les développements théoriques sont mis en oeuvre sur des exemples différents de RPAC : un réacteur académique et l’hydrolyse par catalyse acide de l’oxirane-méthanol en glycérine. / The goal of this thesis is to propose new nonlinear control strategies for the stabilization of perfectly Continuous Stirred Tank Reactors (CSTR). To achieve this goal, we use on the one hand, the entropic thermodynamic approach. More precisely, we use the thermodynamic availability concept and the properties of irreversible thermodynamics to define a Lyapunov function candidate for the stabilization of the closed loop system. We also propose a reduced availability function to design more efficient feedback laws in term of control variable solicitations. On the other hand, we propose an extension of the (pseudo) Hamiltonian formalism associated to dissipative systems to open chemical reactors. We show that the Hamiltonian is linked to the Gibbs free enthalpy in the isothermal case and to ectropy (opposed to entropy) in the non isothermal case. By this formalism, the dissipation of the system represents the irreversible entropy production due to chemical reaction. The Interconnection and Damping Assignment-Passivity Based Control (IDA-PBC) approach is then applied to synthesize feedback laws by choosing the thermodynamic availability as desired closed loop hamiltonian storage function. Finally, we show that feedback laws synthetized by the entropic thermodynamic approach and the pseudo-hamiltonian formulation are equivalent in some cases. Some stabilization properties and the control input admissibility are also considered. Theoretical developments are illustrated on some different CSTR examples : an academic case study and the acid catalyzed hydration of oxirane-methanol to glycerol.

Please read the abstract in the dissertation Copyright / Dissertation (MSW)--University of Pretoria, 2010. / Social Work and Criminology / unrestricted

The work deals with design solutions to the intake manifold modern contemporary internal combustion engines. Then describes the types of flow and structural design of ports, including the intake of their basic properties. The thesis also compare the results of the analysis and design optimization based on simulation of flow inlet port and measure the actual inlet port.

Dans cette thèse, nous abordons le problème de la stabilisation des systèmes non linéaires. En particulier, nous nous concentrons sur les modèles où l'énergie joue un rôle fondamental. Ce cadre énergétique est adapté pour capturer les phénomènes de plusieurs domaines physiques tels que les systèmes mécaniques, les systèmes électriques, les systèmes hydrauliques, etc. Le point de départ des contrôleurs proposés sont les concepts de système passif, des sorties passives et des fonctions d'énergie (ou stockage). Dans ce travail, nous étudions deux classes de systèmes dynamiques, à savoir les Hamiltoniens à ports (PH) et les Euler-Lagrange (EL), qui conviennent pour représenter de nombreux processus physiques. Une première étape vers la construction des contrôleurs est de montrer la passivité des systèmes PH et la caractérisation de leurs sorties passives. Par la suite, nous explorons l'utilisation des différentes sorties passives dans deux techniques bien connues de contrôle par passivité (PBC), c'est-à-dire le contrôle par interconnexion (CbI) et l'équilibrage énergétique (EB), et nous comparons les résultats obtenus dans les deux approches. De plus, nous proposons une nouvelle méthodologie dans laquelle la loi de commande est composée d'un terme proportionnel (P), un terme intégral (I) et, éventuellement, un terme dérivatif (D) de la sortie passive. Dans cette stratégie, l'énergie du système en boucle fermée est façonnée sans qu'il soit nécessaire de résoudre des équations différentielles partielles (PDE). Nous analysons le scénario du régulateur PID à l'aide des différentes sorties passives précédemment caractérisées. Enfin, nous appliquons un schéma PID-PBC récemment proposé dans la littérature à un système mécanique complexe, à savoir un pendule inversé ultra flexible, représenté sous la forme d'un modèle contraint EL. La conception du contrôleur, la preuve de stabilité, ainsi que les simulations et les résultats expérimentaux sont présentés pour montrer l'applicabilité de cette technique aux systèmes physiques. / In this thesis we address the problem of stabilization of nonlinear systems. In particular, we focus on models where the energy plays a fundamental role. This energy-based framework is suitable to capture the phenomena of several physical domains, such as mechanical systems, electrical systems, hydraulic systems, etc. The starting point in the proposed controllers are the concepts of passive system, passive outputs and energy (storage) functions. In this work we study two classes of dynamical systems, namely port-Hamiltonian (PH) and Euler-Lagrange (EL), which are suitable to represent many physical processes. A first step towards the controller design is to show the passivity of the PH systems and the characterization of their passive outputs. Thereafter, we explore the use of the different passive outputs in two well-known passivity-based control (PBC) techniques, that is control by interconnection (CbI) and energy balancing (EB), and we compare the obtained results in both approaches. In addition, we propose a novel methodology in which the controller consists in a proportional (P), an integral (I) and, possibly, a derivative (D) term of the passive output. In this approach the energy of the closed-loop system is shaped without the necessity of solving partial differential equations (PDEs). We analyze the scenario of the PID controller using the different passive outputs previously characterized. Finally, we apply a PID-PBC scheme recently proposed in the literature to a complex mechanical system, namely an ultra flexible inverted pendulum, which is represented as a constrained EL model. The controller design, the stability proof, as well as simulations and experimental results are presented to show the applicability of this technique to physical systems.

(in English): This master's thesis focus on the repatriation of Koreans from Japan after World War II. The repatriation process was in many aspects more complicated than it could seem to be at the first sight. A hindrance to the repatriation of more than 2 million Koreans, who were left behind in Japan after the end of war, was vague politics of Supreme Command for Allied Powers (SCAP). SCAP did not possess any specific plan considering Koreans and other foreigners in Japan after its arrival to the Japanese archipelago. Therefore, the government of Japan was the one who seized upon the Korean repatriation and began sending ships from Japan's islands loaded with Korean laborers and soldiers, who were living testimony of its war crimes and a thread for Japanese public order. The government of Japan, however, was limited by number of ships, which it could provide for transportation of Koreans, and by number of available ports. As the waiting time for boarding on a repatriation ship was getting longer and longer, majority of Koreans could not wait anymore. In those cases, they usually decided to rent a small vessel, by which they got transported to the Korean peninsula. Those vessels, however, were making their voyages without a permission and were easy target for pirates or typhoons, which were...

[pt] Esta dissertação pretende avaliar a eficiência dos terminais aquaviários de uma empresa do setor petroquímico que movimenta petróleo e derivados no Brasil, utilizando uma técnica não paramétrica denominada Data Envelopment Analysis (DEA). Os terminais são o principal elo na cadeia logística de abastecimento de combustíveis. Devido à produção dos campos do pré-sal, ao aumento da capacidade de refino e à limitação da empresa em investimento e ao crescente aumento do mercado, a busca pela excelência no desempenho se torna um fator estratégico para a empresa. Neste trabalho são identificados quais terminais podem ser usados como benchmark, que características estão relacionadas nesta classificação. As variáveis utilizadas para determinar a eficiência foram a quantidade movimentada, o número de operadores, o número de berços e o tempo de operação. Os resultados sugerem que a eficiência dos terminais difere por regiões do país. O estudo também identifica a contribuição dos insumos e produtos para os níveis de eficiência, assim como as causas da ineficiência. Sendo assim, as conclusões alcançadas buscam auxiliar os tomadores de decisão nas suas ações estratégicas. / [en] This work aims to evaluate the efficiency of liquid bulk cargo terminals of a petrochemical company that moves oil and oil products in Brazil, using a nonparametric technique called DEA (Data Envelopment Analysis). The terminals are the main link in the petroleum supply logistics chain. Due to production of pre-salt fields, increased refining capacity and the company s limited investment and the increasing market, the pursuit of excellence in performance becomes a strategic factor for the company. This work identified which terminals can be used as benchmark, which characteristics are related in this classification. The variables used to determine the efficiency were: the total cargo throughput, the number of workers, the number of berths and time of operation. The results suggest that the terminals efficiency differs by regions. The study also identifies the contribution of inputs and products for efficiency levels, as well as the causes of inefficiency. Therefore, the conclusions reached are to assist decision makers in their strategic actions.

Les systèmes audios incluent les instruments de musique traditionnels (percussions, cordes, vents, voix) et les systèmes électro-acoustiques (amplificateurs de guitares, pédales d’effets, synthétiseurs analogiques). Ces systèmes multi-physiques possèdent une propriété commune : hors des sources d’excitation (les générateurs), ils sont tous passifs. Nous présentons dans cette thèse un ensemble de méthodes automatiques dédiées à leur modélisation, leur simulation et leur contrôle, qui garantissent explicitement et exploitent la passivité du système original. Nous utilisons dans ce travail le formalisme des systèmes hamiltoniens à ports (SHP), introduits en automatique et théorie des systèmes au début des années 1990. Pour la modélisation, on exploite le fait que la connexion de systèmes décrits dans ce formalisme préserve explicitement la dynamique de la puissance dissipée de l'ensemble, pour développer une méthode automatique de modélisation d'instruments complets à partir de modèles élémentaires rassemblés dans un dictionnaire. Pour la simulation, une méthode numérique qui préserve la structure passive des SHP à temps discret a été développée, garantissant ainsi la stabilité des simulations (pour lesquelles le code C++ est généré automatiquement). Concernant le contrôle, on exploite la structure d'interconnexion afin de déterminer automatiquement une forme découplée (sous-systèmes hiérarchisés) pour une certaine classe de SHP. Les systèmes de cette classe sont dits systèmes hamiltonien à ports plats, au sens de la propriété de platitude différentielle, à partir de laquelle une loi de commande en boucle ouverte exacte sur le modèle est générée. / The class of audio systems includes traditional musical instruments (percussion, string, wind, brass, voice) and electro-acoustic systems (guitar amplifiers, analog audio processing, synthesizers). These multi-physical systems have a common property: out of excitation sources (generators), they are all passive. We present a set of automatic methods dedicated to their modeling, simulation and control, which explicitly guarantee and exploit the passivity of the original system. This class of systems is that of port-Hamiltonian systems (PHS), introduced in system theory in the early 1990s. Regarding the models, we exploit the fact that the interconnection of systems described in this formalism explicitly preserves the dynamics of total dissipated power. This enabled the development of an automated method that builds models of complete instruments based on a dictionary of elementary models. Regarding the simulations, we developed a numerical method that preserves the passive structure of PHS in discrete-time domain. This ensures the stability of simulations (for which the C++ code is automatically generated). Regarding the control, we exploit the interconnection structure to automatically build an input-to-output decoupled form for a class of PHS. Systems of this class are flat, within the meaning of the differential flatness approach. A formula that yields the (open loop) control law for these systems is provided.