Le point de départ de ce travail est la thèse réalisée par Pascal Vrignat sur la modélisation de niveaux de dégradation d'un système dynamique à l'aide de Modèles de Markov Cachés (MMC), pour une application en maintenance industrielle. Quatre niveaux ont été définis : S1 pour un arrêt de production et S2 à S4 pour des dégradations graduelles. Recueillant un certain nombre d'observations sur le terrain dans divers entreprises de la région, nous avons réalisé un modèle de synthèse à base de MMC afin de simuler les différents niveaux de dégradation d'un système réel. Dans un premier temps, nous identifions la pertinence des différentes observations ou symboles utilisés dans la modélisation d'un processus industriel. Nous introduisons ainsi le filtre entropique. Ensuite, dans un but d'amélioration du modèle, nous essayons de répondre aux questions : Quel est l'échantillonnage le plus pertinent et combien de symboles sont ils nécessaires pour évaluer au mieux le modèle ? Nous étudions ensuite les caractéristiques de plusieurs modélisations possibles d'un processus industriel afin d'en déduire la meilleure architecture. Nous utilisons des critères de test comme les critères de l'entropie de Shannon, d'Akaike ainsi que des tests statistiques. Enfin, nous confrontons les résultats issus du modèle de synthèse avec ceux issus d'applications industrielles. Nous proposons un réajustement du modèle pour être plus proche de la réalité de terrain.

L'automobile est pour l'automaticien une source presque inépuisable de problèmes complexes à résoudre. En effet, la chaîne de traction est un système complexe, multivariable, non linéaire, rapide, avec saturations d'actionneurs. En outre, de nombreuses grandeurs physiques importantes ne sont pas mesurées et des observateurs/estimateurs doivent être mis en place. Enfin, le temps de calcul est limité, et, les objectifs du contrôle (consommation, pollution, performance) sont souvent concurrents, nécessitant un compromis. Ce mémoire synthétise mes dix années de recherche sur l'optimisation du contrôle de la chaîne de traction des véhicules automobiles selon trois thèmes : stratégie globale optimale, commande dynamique robuste ou prédictive et observateurs. Le dénominateur commun à l'ensemble des travaux est la prise en compte des non linéarités et spécificités du procédé par la recherche de modèles de connaissance simplifiés permettant des commandes et observateurs implantables en temps réel. Les contributions portent sur : la réduction de la complexité des stratégies optimales par des approches génériques à sous optimalité minimale et par l'utilisation de prédictions ; une méthodologie quasi-systématique de conception et de réalisation d'une loi de commande robuste ou prédictive à partir du cahier des charges pour des systèmes non-linéaires multivariables carrés ou non ; une estimation d'états non mesurés par des observateurs permettant un réglage de haut niveau entre confiance dans la mesure et fiabilité du modèle ; une validation expérimentale dans le secteur automobile des méthodes proposées, et ce dans le but de minimiser la consommation de carburant, les émissions polluantes et les gaz à effet de serre. Mon projet de recherche, qui suit la logique entreprise jusqu'à présent en alliant automatique et énergétique, se concentre sur la commande prédictive et robuste, sur les stratégies globales multi-critères et multi-variables, et sur des observateurs génériques avec des applications dans le domaine de l'automobile et de l'énergie.

La réalisation des missions spatiales repose de plus en plus souvent sur la coopération entre différents engins spatiaux. Parmi les opérations de proximité, ! le rendez-vous orbital est une pratique aussi ancienne que la ! conquête spatiale, qui continue de générer de nombreux travaux de recherche. Cependant, les motivations et les objectifs des récentes missions de rendez-vous orbital ont largement évolués. En effet, les besoins d'une autonomie accrue, d'une sécurité améliorée, d'une plus grande flexibilité et d'une réduction des coûts, constituent autant d'incitations au développement de nouvelles méthodes de guidage et contrôle. La satisfaction de contraintes très variées, dues à des considérations de sécurité ou à des limitations technologiques incontournables des actionneurs ou des capteurs, contribuent à la richesse du problème posé. Dans ce contexte, le développement de nouveaux algorithmes de commande constitue un vrai défi scientifique que cette thèse tente de relever. Les travaux de cette thèse sont basées sur l'analyse structurelle des expressions décrivant le mouvement relatif entre deux véhicules en orbite. Sur la base d'un modèle simplifié, une nou! velle paramétrisation du mouvement relatif est proposée. Celle-ci, particulièrement adaptée à la caractérisation des trajectoires périodiques, offre la possibilité d'une prise en compte de contraintes d'état très variées. Un lien formel est mis en évidence entre les paramètres définissant les trajectoires contraintes et le cône des matrices semi définies positives. Ces résultats sont exploités dans le développement des algorithmes de design de trajectoires pour des opérations de proximité, sous hypothèse de poussée impulsionnelle. Ces algorithmes ont, entre autre, la propriété de permettre la satisfaction des contraintes sur la trajectoire de manière continue dans le temps, tout en utilisant les outils numériques de la programmation convexe. Le problème spécifique de la robustesse des manœuvres aux incertitudes de la chaîne de mesure est aussi abordé dans ce manuscrit. Des approches de type commande prédictive sont mises en place afin de garantir aux opérations une p! récision souhaitée en présence de perturbations.

Le travail présenté contribue à la gestion de la consommation et de la production d'énergie dans le bâtiment. L'objectif est de montrer qu'en dotant les équipements domotiques d'algorithmes d'optimisation et de facultés de communication, il est possible de mieux maîtriser la consommation dans le bâtiment en exploitant les degrés de liberté offerts par l'usager et ceux liés au fonctionnement des équipements. Une formulation mathématique et une architecture de conduite structurées en trois niveaux : prédictif, réactif et local, sont proposées dans le but d'optimiser le confort de l'usager, les coûts économiques et environnementaux. Plusieurs approches de résolution à base de métaheuristiques hybrides et de programmation dynamique sont proposées. La programmation multiparamétrique est utilisée pour la prise en compte des grosses incertitudes. Ces résultats ont été appliqués à la gestion d'énergie d'un bâtiment photovoltaïque et à la prévention de blackouts par un délestage intelligent.

Le travail présenté porte sur l'étude et l'analyse des modes de défaillance des condensateurs électrolytiques à l'aluminium ainsi que sur les thyristors. Les composants étudiés sont des éléments principaux du système de protection des aimants supraconducteurs du LHC dont la fiabilité revêt est un aspect primordial. L'étude du vieillissement des condensateurs électrolytiques à l'aluminium à montré que leur fiabilité est fortement liée à leur caractéristique technologique. L'évolution de leur principal indicateur de vieillissement (ESR) peut être modélisée selon différente loi plus ou moins pessimiste choisis selon le mode d'utilisation de ceux-ci. Il apparaît que la prédiction de défaillance de ces composants autre que celle due à l'usure ne peut être que statistique compte tenu des nombreuses causes de défaillance entraînant divers modes de défaillance. Afin de pouvoir évaluer l'influence du vieillissement des condensateurs électrolytique à l'aluminium sur un système, des modèles simples prenant en compte ce paramètre ainsi que la température effective du composant sont proposés. Une précision acceptable compte tenu de la simplicité des modèles est obtenue. L'étude des thyristors à montré que ces composants ont peu de dérive de paramètres en vieillissement statique, par contre de nombreuses défaillances par court-circuit ont été observées. Ces défaillances ont toujours une origine locale due à des défauts du composant. La tenue en tension dépend fortement de la qualité du thyristor ainsi que de la technologie employée.

Une structure de contrôle distribué partiellement coopérative est proposée dans cette thèse. La structure est consacrée au problème de commande d’un réseau composé de sous-systèmes non linéaires/linéaires qui sont interconnectés par leurs états et les entrées de commande. Par la coopération partielle, cela signifie que chaque sous-système est capable de préserver son propre objectif en utilisant un indice de la coopération ajustable qui définit dans quelle mesure il accepte de dégrader son propre niveau de performance afin d’aider ses voisins à maintenir leur intégrité sous les interconnexions potentiellement déstabilisantes. La communication entre les sous-systèmes est basée sur l’échange de niveaux de fonction de Lyapunov avec les contraintes associées et la quantité d’information transmise est plutôt réduite par rapport aux travaux les plus récents. Une autre caractéristique intéressante de cet structure de contrôle distribué non linéaire coopératif est l’utilisation de vecteurs prioritaires par chaque sous-système. Ce vecteur définit un ordre hiérarchique de l’importance de ses voisins menant à une stratégie de coopération dans lequel les sous-systèmes critiques dans le réseau peuvent être préservés en dépit des interactions. Une version linéaire de la structure de contrôle distribué coopératif est présenté. Cette conception de structure linéaire conduit à une évaluation rigoureuse de stabilité du réseau en boucle fermée globale. Une méthode d’amélioration de la stabilité est proposée basée sur la résolution d’un problème d’optimisation non convexe avec des degrés de liberté liés au paramétrage de l’affectation de priorité. Pour montrer son efficacité, le contrôle distribué coopératif proposé pour le réseau linéaire est appliqué pour traiter le problème de contrôle de la fréquence de charge dans un réseau d’alimentation et le problème de contrôle du système cryogénique. / In this dissertation, a partially cooperative distributed control framework is proposed. The framework is dedicated to the control problem for a network consisting of linear/nonlinear subsystems that are interconnected through their states and control inputs. By partial cooperation, it means that each subsystem is able to preserve its own objective while using a tunable cooperation index that defines to what extend it accepts to degrade its own performance level so as to help its neighbors maintain their integrity under potentially destabilizing interconnections. The communication between the subsystems is rather reduced comparing to most of the existing contributions. Another attractive feature of the proposed framework is that each subsystem in the network can be assigned with priority indicating the importance of the corresponding subsystem seen by its neighbors. Through proper parameterization of the priority assignment, improved performance of the subsystems and the network can be acheived. In the linear version, a rigorous stability assessment method is presented and a systematic way of proposing an optimized priority assignment for a given network is introduced as well. The proposed scheme is applied to handle the load frequency control problem in a 4-area power network and the control problem of a cryogenic system to illustrate its effectiveness.

La réalisation de prédictions précises et surprenantes est une pratique essentielle des sciences empiriques et la confirmation de ces prédictions semble représenter l’un de leurs principaux succès théoriques et pratiques. Ainsi de nombreux scientifiques et épistémologues attribuent-ils aux succès prédictifs le pouvoir de confirmer des hypothèses, d’influencer le cours de l’histoire scientifique, voire de révéler quelles théories reflètent la réalité. Pourtant les prédictions s’appuient souvent sur des représentations simplifiées, idéalisées ou fictionnelles de la réalité. L’objectif de cette thèse est d’analyser l’activité prédictive pour comprendre en quoi consistent les succès prédictifs et quelle portée on peut légitimement leur conférer. L’enjeu de cette analyse est notamment de savoir si une théorie ayant engendré un succès prédictif peut être considérée comme vraie ou partiellement vraie.La première partie de la thèse est consacrée à l’analyse de l’activité prédictive et conclut qu’il existe une pluralité de raisonnements et de succès prédictifs. La deuxième partie étudie l’influence de ces succès sur l’évolution d’une discipline, la cosmologie, de 1917 à nos jours et montre que les scientifiques attribuent de l’importance aux prédictions qui indiquent la capacité prédictive d’une hypothèse ou d’une théorie. Dans la troisième partie, je soutiens que le rôle des prédictions dans le choix rationnel des hypothèses est de permettre de juger de leur fécondité. La quatrième partie étudie les limites de la portée des succès prédictifs en montrant qu’ils ne permettent pas de savoir quels aspects des théories dont ils sont issus reflètent la réalité. / Deriving precise and surprising predictions is a key feature of scientific activity. The confirmation of these predictions by severe tests seems to represent major theoretical and practical successes in the field of empirical sciences. Therefore, many scientists and philosophers of science view predictive successes as having an important weight in scientific change, theory choice and for the identification of true claims about reality. However, predictions are often derived from simplified or idealised representations of real-world systems. The aim of this dissertation is to analyse the predictive activity of empirical sciences in order to circumscribe the scope of predictive success. First, I claim that predictive successes come in many forms and structures. In the second part, I investigate the impact of successful predictions in the history of modern cosmology since 1917 and argue that scientists value predictions attesting the predictive capacity of new hypotheses. In a third part, I examine the weight of successful predictions in the confirmation of hypotheses and claim that they serve as a proxy for one of the most important virtues of theories: fruitfulness. The last part is dedicated to the limits of scientific successes and shows that novel predictions cannot help us to circumscribe which posits of scientific theories are worthy of belief.

Cette thèse s'articule autour de l'optimisation électro-optique des OLEDs (Organic Light Emitting Device) via le développement de méthodes et d'outils de simulation. La modélisation électrique des OLEDs est complexe et sujette à recherche. Au début de la thèse, aucune simulation électrique des OLEDs de l'état de l'art n'avait été présentée jusqu'alors. Le développement d'une simulation, fondée sur des données expérimentales, contribuerait à l'établissement d'une modélisation prédictive, pour une meilleure compréhension et une R&D plus efficace. Dans un premier temps, une méthode d'extraction des paramètres de transport des matériaux utilisés est développée par fit (reconstitution des résultats expérimentaux par simulation) via la fabrication de dispositifs spécifiques. Lesdites valeurs, extraites et comparées selon deux modèles de mobilité, ont assurées la constitution d'une base de données. L'emploi de celle-ci a permis la réalisation de la simulation, complète et à plusieurs températures, du comportement électrique d'une OLED entière. L'étude minutieuse des profils intrinsèques simulés a servi à relever une accumulation de charges à l'interface de recombinaison, néfaste à l'évolution dans le temps des performances du dispositif. Dans un second temps, nous nous sommes proposé de solutionner le problème par la création d'un mélange bipolaire, afin d'élargir le profil de recombinaison. Après optimisation du mélange au sein de l'OLED, une augmentation de durée de vie à mi luminance de ca. +30% a été mise en évidence, de même qu'une stabilisation en tension du point de couleur. Pour approfondir la compréhension des mécanismes en jeu, la caractérisation TOF-SIMS d'empilements organiques a fait l'objet d'études. Les premiers résultats, très encourageants, ont permis la reconstitution entière du profil chimique de l'empilement OLED. Une deuxième série de résultats a démontré la possibilité de détecter les molécules organiques telles qu'évaporées, qui donnera accès à des informations plus poussées sur la dégradation des matériaux. Enfin, une cathode alternative en WO3/Ag/WO3 (WAW) a été optimisée par simulation dans le but de démontrer l'importance de l'augmentation du coefficient d'extraction de lumière. La réalisation des dispositifs a permis de démontrer une hausse de la luminance et de l'efficacité de 40% due à la cathode, en accord avec la simulation. Le transfert du point de procédé sur une machine de catégorie industrielle a résulté en la fabrication de dispositifs OLED avec cathode WAW présentant une augmentation de la durée de vie à mi luminance de +75% par rapport à la référence. / The work presented here revolves around electrical and optical optimization of OLEDs (Organic Light Emitting Device) through the development of simulation methods and tools. The electrical modeling of OLED is a complex field, belonging to R&D. At the beginning of this work, no state of the art OLED electrical simulation has been presented yet. The development of simulation, based on experimental data, would contribute to the establishment of predictive simulation, allowing a better understanding and faster R&D cycles. Firstly, an extraction method for organic semiconductors' transport parameters has been developed by fit procedure (reconstitution of experimental results with simulation). The extracted values, compared between the two mobility models, were used to compile a database. These sets allowed the realization of the simulation at various temperatures of the electrical behavior of a complete OLED stack. The careful analysis of the simulated intrinsic profiles gave an insight on charge accumulation at the recombination interface, harmful for the lifetime performance of the device. Secondly, we proposed to solve the problem with a bipolar blend to enlarge the recombination profile. After optimization of the blend inside the OLED, an increase of the lifetime of ca. +30% has been highlighted, as well as the stabilization of the color point dependency to voltage. To further understand the mechanisms related to the insertion of this layer, TOF-SIMS characterization of organic layers was studied. Very promising early results allowed the profiling of a full OLED stack, and determination of each layer. A second wave of results, bound to Ar beam analysis, demonstrated the possibility to detect undamaged molecule signatures, giving access to far more degradation related information than before. Finally, an alternative cathode made of WO3/Ag/WO3 (WAW) has been optimized for white OLED microdisplays to enhance the light outcoupling coefficient. The fabrication of the devices demonstrated a +40% increase in luminance and current efficiency, in perfect agreement with simulation. The transfer of the process onto an industrial class deposition cluster tool resulted in the fabrication of OLEDs with WAW cathodes demonstrating a +75% increase of the lifetime at half luminance.

L'étendue des mouvements que les robots humanoïdes peuvent réaliser est fortement limitée par des contraintes dynamiques. Une loi de commande qui ne prend pas en compte ses res- trictions, d'une manière ou autre, ne va pas réussir d'éviter une chute. La Commande Prédictive est capable de considérer les contraintes sur l'état et le contrôle de manière explicite, ce qui la rend particulièrement appropriée pour le contrôle des mouvements des robots marcheurs.Nous commençons par dévoiler la structure spécifique de ces contraintes, démontrant notamment l'importance des appuis au sol. Nous développons ensuite une condition suffisante pour l'évitement d'une chute et nous proposons une loi de commande prédictive qui y réponde. Cette formulation nous sert ensuite pour la conception des contrôleurs pratiques, capables d'un contrôle plus efficace et plus robuste des robots marcheurs humanoïdes. / The range of motions that humanoid robots are able to realize is strongly limited by inherent dynamical constraints so that any control law that does not consider these limitations, in one way or another, will fail to avoid falling. The Model Predictive Control (MPC) technique is capable of handling constraints on the state and the control explicitly, which makes it highly apt for the control of walking robots.We begin by unveiling the specific structure of these constraints, stressing especially the impor- tance of the supports on the ground. We give thereupon a sufficient condition for keeping balance and formulate an MPC law that complies with it. This formulation serves us then for the design of practicable controllers capable of more efficient and more robust control of humanoid robots.

Dans l'objectif de réduire les consommations énergétiques des bâtiments et de diminuer leur impact sur le réseau électrique, il est utile de disposer de stratégies de gestion énergétique en temps réel. Il s'agit en effet d'un verrou clé dans la perspective des réseaux intelligents (« smart grids ») et des programmes de gestion de la demande (« demand response »). Cette thèse propose ainsi le développement de stratégies de gestion en temps réel du chauffage électrique d'un bâtiment énergétiquement performant en période de pointe électrique. Tout d'abord, ces stratégies nécessitent l'utilisation et le développement de plusieurs modèles, à savoir un modèle de prévision météorologique, un modèle d'occupation et un modèle énergétique dynamique du bâtiment. Ensuite, dans l'objectif d'un suivi fiable des performances énergétiques et pour un pilotage optimal des installations, le calibrage du modèle de bâtiment à partir de relevés in situ est préférable. Une nouvelle méthodologie, basée sur un criblage des paramètres incertains et sur l'utilisation d'une méthode d'inférence bayésienne (calcul bayésien approché) a ainsi été développée. Enfin, deux méthodes d'optimisation ont été étudiées pour le développement de stratégies de régulation adaptées au temps réel. La première repose sur une méthode d'optimisation hors-ligne dont l'objectif est d'approximer les résultats d'une stratégie optimale calculée par une méthode d'optimisation exacte et ainsi identifier des lois de commandes simplifiées. La deuxième méthode repose quant à elle sur la commande prédictive et l'adaptation au temps réel de la commande optimale sous contraintes d'état et de commande utilisant la pénalisation intérieure. Une maison de la plateforme INCAS de l'Institut National de l'Énergie Solaire (INES) a été utilisée comme cas d'application pour étudier par simulation les différentes stratégies développées. / To reach the objectives of reducing the energy consumption of buildings and decreasing their impact on the electrical grid, it is necessary to elaborate real time control strategies in view of smart grids and demand response programs. In this context, this thesis aims at developing real time control strategies for electric load shifting in energy efficient buildings. First, these strategies require appropriate models regarding weather forecast, occupants' behaviour and building energy simulation. Then, in order to improve the reliability of building energy simulation and to ensure optimal control of facilities, a calibration process of the model based on on-site measurements is recommended. In this way a new methodology was developed , based on a screening technique and a bayesian inference method (approximate bayesian computation). Finally, two optimisation techniques were studied to develop real time control strategies. The first technique was based on offline optimisation methods. The principle is to approximate optimisation results (and more specifically model based predictive controllers results) and to extract simplified control strategies. The second method consisted in using model predictive control and, more precisely, in solving in real time a state and input constrained optimal control problem by interior penalty methods. An actual experimental passive house being part of the INCAS platform built by the National Solar Energy Institute (INES) was used to study by numerical simulation the different strategies developed.