L’intégration des producteurs décentralisés (DG) dans un réseau de distribution peut modifier le profil de tension et influencer le réglage de tension conventionnel. Pour le bon fonctionnement du réseau, le raccordement des DG ainsi que les charges grosses sont limités par le dimensionnement du réseau. Les travaux de cette thèse ont pour but de proposer une approche du réglage de tension dans un réseau de distribution avec producteur, en appuyant sur la flexibilité de la demande. Les moyens de réglage de tension seront constitués du régleur en charge (OLTC), la régulation de DG ainsi que la demande flexible. Une optimisation centralisée de type MINLP est proposée pour coordonner ces moyens de réglage. Il est montré que si les moyens de l’OLTC et de la puissance réactive ne suffissent pas de lever la contrainte de tension, il faut réduire la puissance active de producteur. Pour le gain de producteur, la demande flexible peut être considérée comme une source active. La modulation de « demand response » (DR) utilisant les charges thermiques est alors proposée au réglage de tension. L’effet de rebond est pris en compte pour les charges thermiques afin de ne pas affecter le profil de tension après l’action de DR. Ces travaux permettent d’envisager un réglage de tension plus active dans le réseau intelligent et augmenter la flexibilité du réseau. / Growth of distributed generations (DG) in actual distribution networks will bring voltage issues that cannot be fixed by conventional voltage control means. For the sake of network safety, the size of DG and load in a distribution network is limited by the network parameters. The research described in this thesis aims to propose a voltage control strategy on distribution networks using the flexibility of demand. The voltage control means will consist of the on load tap changer (OLTC), the regulation of DG, and flexible demand. A centralized optimization of MINLP type is proposed to coordinate these voltage control means. It shows if it is not able to remove the voltage constraint with OLTC and reactive power regulation, then it must reduce the active power of DG. In order not to reduce active power of DG, the flexible demand is considered as an active source to take part in voltage control. The demand response (DR) modulation using thermal loads is thus proposed for voltage control. For the thermal load, the cold load pick-up (CLPU) effect must be taken into account in order not to affect the voltage profile after DR action. This work allows us to consider a voltage control strategy more active in smart distribution network and improve the flexibility of network.

La qualité d’un réseau électrique se mesure notamment par sa résilience, à savoir sa capacité à continuer de fournir, de façon stable, une électricité de qualité malgré les incidents. Cette continuité d’alimentation est notamment assurée par le réglage de la fréquence, ce dernier faisant office de moyen de coopération entre les différentes sources du réseau. Les travaux de cette thèse étudient en profondeur les différentes façons d’assurer ce réglage de la fréquence sur des microréseaux alternatifs îlotés au regard des problématiques nouvelles : intégration croissante de sources d’énergie renouvelables intermittentes et baisse (voire disparition) de l’inertie inhérente aux groupes synchrones tournants. L’objectif principal est de proposer un ensemble de modèles analytiques permettant d’appréhender le comportement dynamique de la fréquence et des puissances actives transitant sur un microréseau, quelle que soit la topologie de ce dernier, afin de constituer une aide au dimensionnement. À cet objectif global s’ajoute un certain nombre de sous-objectifs qui structurent et guident l’ensemble des travaux :- Un objectif pédagogique : les couplages entre l’équilibre des puissances actives et la fréquence sur un réseau alternatif sont clairement explicités, que ces couplages relèvent de la structure et des paramètres physiques du microréseau ou qu’ils soient liés aux lois et paramètres de commande. La lecture des modèles doit ainsi permettre de comprendre analytiquement les différents liens de cause à effet entre les paramètres du système, la fréquence et les puissances,et les spécificités propres à chaque topologie de microréseau.- Un objectif de simplicité et de modularité : les modèles proposés doivent pouvoir être adaptés selon les cas particuliers de topologies, afin que tout lecteur puisse les réutiliser facilement en dehors du cadre de cette étude. Pour ce faire, ces travaux utilisent des modèles mathématiques sous forme de schémas blocs, intégrables sous Matlab.- Enfin, un objectif de modélisation « grand signal » : pour trancher avec l’approche petit signal de beaucoup de modélisations de microréseaux classiques, et pour permettre d’appréhender le comportement du microréseau sur une large plage de déséquilibre de puissance / The quality of an electricity grid is measured by its resilience, namely its ability to continue to provide electricity despite the incidents. This continuity of supply is ensured by the frequency control, acting as a means of cooperation between the different sources of the grid. This thesis examines in depth the different ways to ensure this frequency control on stand-alone microgrids with regard to new issues: increasing integration of intermittent energy sources and decreasing (or disappearing) of the synchronous rotating groups with their inertia. The main objective is to propose a set of analytical models explaining the dynamic behavior of the frequency and the active powers transiting on a microgrid, whatever the topology, in order to constitute an aid to the sizing. To this overall objective is added a number of sub-objectives that structure and guide this work:- An educational objective: the nature of the link between the balance of active powers and the frequency on an AC microgrid is clearly explained, whether this link is based on physical parameters or is related to control laws. The goal is to understand the different links of cause and effect between the paramers of the system, the frequency and the active power and thespecificities to each topology of microgrid. - An objective of simplicity and modularity: the models proposed must be adaptable to particular cases, so that any reader can reuse easily outside the scope of this study. To do this, mathematical models in the form of block diagrams which can be integrated in Matlab are used. - Finally, a "big signal" simulation objective: to decide with the small signal approach of many traditional microgrid models, and to make it possible to understand the behavior of the microgrid over a wide range of power imbalance.

De nombreux algorithmes d'estimation fonctionnelle existent pour l'apprentissage statistique supervisé. Cependant, ils ont pour la plupart été développés dans le but de fournir des estimateurs précis, sans considérer l'interprétabilité de la solution. Les modèles additifs permettent d'expliquer les prédictions simplement, en ne faisant intervenir qu'une variable explicative à la fois, mais ils sont difficiles à mettre en ouvre. Cette thèse est consacrée au développement d'un algorithme d'estimation des modèles additifs. D'une part, leur utilisation y est simplifiée, car le réglage de la complexité est en grande partie intégré dans la phase d'estimation des paramètres. D'autre part, l'interprétabilité est favorisée par une tendance à éliminer automatiquement les variables les moins pertinentes. Des stratégies d'accélération des calculs sont également proposées. Une approximation du nombre effectif de paramètres permet l'utilisation de critères analytiques de sélection de modèle. Sa validité est testée par des simulations et sur des données réelles.

Les travaux présentés dans ce mémoire contribuent à la définition de méthodes pour la détection et le diagnostic de défauts affectant les systèmes aéronautiques. Un système représentatif sert de support d'étude, constitué du modèle non linéaire à six degrés de liberté d'un missile intercepteur, de ses capteurs et actionneurs ainsi que d'une boucle de guidage-pilotage. La première partie est consacrée au développement de deux méthodes de diagnostic exploitant l'information de commande en boucle fermée et les caractéristiques des modèles aéronautiques. La première méthode utilise les objectifs de commande induits par les lois de guidage-pilotage pour générer des résidus indiquant la présence de défauts. Ceci permet la détection des défauts sur les actionneurs et les capteurs, ainsi que leur localisation pour ces derniers. La deuxième méthode exploite la mesure de dérivées des variables d'état (via une centrale inertielle) pour estimer la valeur de la commande réalisée par les actionneurs, sans intégration du modèle non linéaire du système. Le diagnostic est alors effectué en comparant cette estimée avec la valeur désirée, ce qui permet la détection, la localisation et l'identification de défauts multiples sur les actionneurs.La seconde partie propose une méthodologie de réglage automatique des paramètres internes (les hyperparamètres) de méthodes de diagnostic. Ceci permet une comparaison plus objective entre les méthodes en évaluant la meilleure performance de chacune. Le réglage est vu comme un problème d'optimisation globale, la fonction à optimiser étant calculée via la simulation numérique (potentiellement coûteuse) de cas test. La méthodologie proposée est fondée sur un métamodèle de krigeage et une procédure itérative d'optimisation bayésienne, qui permettent d'aborder ce problème à faible coût de calcul. Un nouvel algorithme est proposé afin d'optimiser les hyperparamètres d'une façon robuste vis à vis de la variabilité des cas test pertinents.Mots clés : détection et diagnostic de défauts, guidage-pilotage, krigeage, minimax continu, optimisation globale, redondance analytique, réglage automatique, systèmes aéronautiques.

Notre travail a porté principalement sur des aspects méthodologiques et sur des caractérisations expérimentales des techniques floues et neuronales, avec deux bancs d'essai: un pendule inversé et des fours industriels. Dans une première étape, nous avons travaillé sur des régulateurs flous de la première génération. Nous avons proposé une méthode pour minimiser les erreurs dues à la quantification lors des mises en œuvre avec table de décision. D'autre part, des études expérimentales ont permis d'expliquer l'amélioration de régulations floues par rapport à des régulations conventionnelles. Nous avons ainsi souligné les rôles, parfois bénéfiques, des non-linéarités liées aux interpolations ou aux saturations naturelles. Dans une deuxième étape, nous nous sommes intéressés aux structures de régulation neuronale directe, utilisant l'apprentissage spécialisé avec l'algorithme de rétropropagation. Nous avons développé une stratégie de régulation neuronale à régime glissant, automatiquement élaborée à partir d'une connaissance initiale très faible. Nous avons validé cette méthode avec des modèles simulés du pendule inversé et vérifié la possibilité de stabiliser le système réel. Dans une troisième étape, nous nous sommes penchés sur des améliorations de lois de régulation PID, par introduction de non linéarités significatives. Dans un premier temps, nous avons proposé deux méthodologies de réglage d'adaptateurs flous de PID (parfois appelés superviseurs flous), agissant à partir de la position dans le plan de phase. Une des méthodes de supervision inclut des garanties de stabilité. Dans un deuxième temps, nous avons mis en œuvre et amélioré une méthode d'auto-réglage d'un régulateur flou par un système flou, partant d'une loi de régulation floue initiale quasi-linéaire (résultant de l'application des règles d'équivalence). Des améliorations ont été apportées sur les fours par rapport à une régulation PID industrielle

L'intégration des tablettes numériques à écran tactile dans l'éducation de la petite enfance est prometteuse, mais difficile. Les trois principaux acteurs impliqués dans cette intégration sont l'enfant, le parent et l'enseignant. Cette thèse porte sur la manipulation des tablettes par le jeune enfant, les attitudes des parents et l'acceptation de ces dispositifs par l'enseignante ou par l'enseignant, afin de répondre à la question de l'efficacité de l'intégration des tablettes à écran tactile dans l'éducation de la petite enfance. Dans la partie sur l'enfant, deux études ont été menées. La première étude explore les comportements de manipulation numérique des enfants sur des tablettes à écran tactile et a conclu que la difficulté technologique d'une application de jeu dans les tablettes importe plus que la difficulté du contenu. La deuxième étude porte sur l'efficacité de l'ajustement des difficultés d'adaptation dans l'apprentissage basé sur le jeu pour ce qui est de l'acquisition des habiletés cognitives et du plaisir de l'enfant. De plus, les résultats indiquent que la conception du jeu a des répercussions importantes sur la compréhension de l'enfant et la manipulation numérique, et que l'adaptation aux difficultés d'adaptation a eu une influence positive sur le rendement cognitif de l'enfant en littératie, en mathématiques de base et en dessin, alors qu'aucune différence significative n' a été constatée dans l'expérience de plaisir de l'enfant entre le groupe expérimental et le groupe témoin. Dans la partie parents et enseignants, basée sur les résultats de l'enquête et des entretiens, les parents ont une attitude positive à l'égard des tablettes à écran tactile intégrés dans l'éducation de la petite enfance et ils croient fermement que les tablettes peuvent améliorer l'apprentissage des enfants. Pour les enseignants, il a été constaté que l'âge est l'élément clé qui influe sur leur acceptation de l'utilisation des tablettes numériques dans leur pédagogie, et les enseignants s'attendaient à recevoir des instructions plus pratiques sur l'utilisation de ces outils. / Integrating touch screen tablets in early childhood education is promising but challenging. The main three subjects involved in this integration are child, parent and teacher. This dissertation investigated child manipulation, parent attitudes and teacher acceptance respective to answer the question of the effectiveness of integrating touch screen tablets in early childhood education. In the Child part, two studies were conducted. The first study explored child digital manipulation behaviors on a touch screen tablets and made a conclusion that technology difficulty in a game app in the tablets matters more than content difficulty. The second study investigated the effectiveness of the adaptive difficulty adjustment in game-based learning in child cognitive skills achievement and enjoyment experience. And the results indicated that the game design significantly impacts on child comprehension and digital manipulation and the adaptive difficulty adjustment positively influenced child cognitive skills achievement in literacy, basic mathematics and basic drawing while no significant difference was found in child enjoyment experience between the experiment and control group. In the Parent and Teacher part, based on the survey and interview results, parents hold positive attitude towards touch screen tablets integrated in early childhood education and they strongly believed the potential of tablets to improve children learning. For teachers, it was found that the age is the key element impacting their acceptance of using tablets in their pedagogy, and teachers expected more practical instruction of using tablet in their teaching.

Cette thèse porte sur la modélisation, la réduction et la commande des grands systèmes électriques.En terme de modélisation et de réduction, l’objectif principal est de développer une méthode de réduction des modèles dynamiques des systèmes électriques. Cette réduction a pour objet de répondre à une situation particulière dans laquelle toutes les données du système à réduire ne sont pas connues.En terme de commande, l’objectif est la conception de commandes robustes coordonnées pour répondre aux nouvelles contraintes des grands systèmes électriques. Ces approches doivent respecter trois niveaux de coordination et deux nouvelles contraintes. Les trois niveaux de coordination concernent la prise en compte simultanée des oscillations électromécaniques interzones et locaux, la coordination de la synthèse de régulateurs pour plusieurs alternateurs, et la coordination du réglage des paramètres (gains et constantes de temps) des régulateurs de tension (les boucles stabilisatrices PSS) avec le réglage des paramètres des régulateurs de turbine des alternateurs. Les contraintes sont liées à la stabilité et la robustesse des régulateurs proposés. / This thesis concerns modeling, reduction, and control of large-scale interconnected power systems. In modeling and reduction term, the main objective is to develop a new method to construct low-order model or dynamic equivalent of a large-scale power system. This method must be used to reduce a power system models even when information of the whole power system is not completely available. In control term, the objective is the synthesis of coordinated and robust controller for large scale power systems. These new approaches have to respect three coordinated levels and two new constraints. The Three coordinated levels concern: simultaneous damping of the electromechanical inter-area and local modes, coordinated synthesis of several alternator regulators and coordinated tuning of parameters of Standard Power Stabilizer (PSS) and speed regulators. The constraints are related to the stability and the robustness of the proposed regulators.

Les travaux présentés dans ce mémoire contribuent à la définition de méthodes pour la détection et le diagnostic de défauts affectant les systèmes aéronautiques. Un système représentatif sert de support d'étude, constitué du modèle non linéaire à six degrés de liberté d'un missile intercepteur, de ses capteurs et actionneurs ainsi que d'une boucle de guidage-pilotage. La première partie est consacrée au développement de deux méthodes de diagnostic exploitant l'information de commande en boucle fermée et les caractéristiques des modèles aéronautiques. La première méthode utilise les objectifs de commande induits par les lois de guidage-pilotage pour générer des résidus indiquant la présence de défauts. Ceci permet la détection des défauts sur les actionneurs et les capteurs, ainsi que leur localisation pour ces derniers. La deuxième méthode exploite la mesure de dérivées des variables d'état (via une centrale inertielle) pour estimer la valeur de la commande réalisée par les actionneurs, sans intégration du modèle non linéaire du système. Le diagnostic est alors effectué en comparant cette estimée avec la valeur désirée, ce qui permet la détection, la localisation et l'identification de défauts multiples sur les actionneurs.La seconde partie propose une méthodologie de réglage automatique des paramètres internes (les hyperparamètres) de méthodes de diagnostic. Ceci permet une comparaison plus objective entre les méthodes en évaluant la meilleure performance de chacune. Le réglage est vu comme un problème d'optimisation globale, la fonction à optimiser étant calculée via la simulation numérique (potentiellement coûteuse) de cas test. La méthodologie proposée est fondée sur un métamodèle de krigeage et une procédure itérative d’optimisation bayésienne, qui permettent d’aborder ce problème à faible coût de calcul. Un nouvel algorithme est proposé afin d'optimiser les hyperparamètres d'une façon robuste vis à vis de la variabilité des cas test pertinents.Mots clés : détection et diagnostic de défauts, guidage-pilotage, krigeage, minimax continu, optimisation globale, redondance analytique, réglage automatique, systèmes aéronautiques. / This manuscript reports contributions to the development of methods for fault detection and diagnosis applied to aeronautical systems. A representative system is considered, composed of the six-degree-of-freedom nonlinear model of a surface-to-air missile, its sensors, actuators and the associated GNC scheme. The first part is devoted to the development of two fault diagnosis approaches that take advantage of closed-loop control information, along with the characteristics of aeronautical models. The first method uses control objectives resulting from guidance laws to generate residuals indicative of the presence of faults. This enables the detection of both actuator and sensor faults, and the isolation of sensor faults. The second method exploits the measurement of derivatives of state variables (as provided by an IMU) to estimate the control input as achieved by actuators, without the need to integrate the nonlinear model. Detection, isolation and identification of actuator faults can then be performed by comparing this estimate with the desired control input.The second part presents a new automatic-tuning methodology for the internal parameters (the hyperparameters) of fault diagnosis methods. This allows a fair comparison between methods by evaluating their best performance. Tuning is formalised as the global optimization of a black-box function that is obtained through the (costly) numerical simulation of a set of test cases. The methodology proposed here is based on Kriging and Bayesian optimization, which make it possible to tackle this problem at a very reduced computational cost. A new algorithm is developed to address the optimization of hyperparameters in a way that is robust to the variability of the test cases of interest.

La génération de stratégies pour les solveurs en Satisfiabilité Modulo des Théories (SMT) nécessite des outils théoriques et pratiques qui permettent aux utilisateurs d’exercer un contrôle stratégique sur les aspects heuristiques fondamentaux des solveurs de SMT, tout en garantissant leur performance. Nous nous intéressons dans cette thèse au solveur Z3 , l’un des plus efficaces lors des compétitions SMT (SMT-COMP). Dans les solveurs SMT, la définition d’une stratégie repose sur un ensemble de composants et paramètres pouvant être agencés et configurés afin de guider la recherche d’une preuve de (in)satisfiabilité d’une instance donnée. Dans cette thèse, nous abordons ce défi en définissant un cadre pour la génération autonome de stratégies pour Z3, c’est-à-dire un algorithme qui permet de construire automatiquement des stratégies sans faire appel à des connaissances d’expertes. Ce cadre général utilise une approche évolutionnaire (programmation génétique), incluant un système à base de règles. Ces règles formalisent la modification de stratégies par des principes de réécriture, les algorithmes évolutionnaires servant de moteur pour les appliquer. Cette couche intermédiaire permettra d’appliquer n’importe quel algorithme ou opérateur sans qu’il soit nécessaire de modifier sa structure, afin d’introduire de nouvelles informations sur les stratégies. Des expérimentations sont menées sur les jeux classiques de la compétition SMT-COMP. / The Strategy Challenge in Satisfiability Modulo Theories (SMT) claims to build theoretical and practical tools allowing users to exert strategic control over core heuristic aspects of high-performance SMT solvers. In this work, we focus in Z3 Theorem Prover: one of the most efficient SMT solver according to the SMT Competition, SMT-COMP. In SMT solvers, the definition of a strategy relies on a set of tools that can be scheduled and configured in order to guide the search for a (un)satisfiability proof of a given instance. In this thesis, we address the Strategy Challenge in SMT defining a framework for the autonomous generation of strategies in Z3, i.e. a practical system to automatically generate SMT strategies without the use of expert knowledge. This framework is applied through an incremental evolutionary approach starting from basic algorithms to more complex genetic constructions. This framework formalise strategies modification as rewriting rules, where algorithms acts as enginess to apply them. This intermediate layer, will allow apply any algorithm or operator with no need to being structurally modified, in order to introduce new information in strategies. Validation is done through experiments on classic benchmarks of the SMT-COMP.

Des solutions innovantes doivent être développées pour envisager l’avenir des systèmes électriques face à un nombre grandissant de contraintes. En particulier, le stockage d’énergie est pressenti comme un soutien indispensable à l’essor massif dans les réseaux de distribution de sources de production exploitant les énergies renouvelables. Les présents travaux visent à apporter des éléments de réflexion sur cette option technique qui arrive à maturité et suscite l’intérêt. Dans un premier temps, des méthodes d’étude sont proposées pour cerner le potentiel et les opportunités du stockage distribué. Une grille de caractérisation des technologies est introduite et sa mise en œuvre souligne des performances intéressantes à des coûts qui, cependant, demeurent élevés. Pour rendre leur utilisation réaliste, la valeur de ces dispositifs pour les systèmes électriques est donc critique. Nous l’analysons en deux étapes : une classification de leurs services pour les différents acteurs en présence est définie avant d’aborder la mutualisation de fonctions, requise pour favoriser l’atteinte d’une rentabilité, via une approche originale. Cette démarche aboutit à l’identification de configurations porteuses qui méritent des études plus poussées. Pour ce faire, un modèle général de comportement des unités de stockage est développé dans un second temps. Interfacé à un logiciel de simulation dynamique des réseaux, il permet d’évaluer l’utilisation de telles installations pour diverses offres de services. Ces outils sont appliqués et validés expérimentalement sur la caractérisation d’une réserve impulsionnelle fournie par le stockage pour réduire les délestages dans les systèmes insulaires / Innovative solutions must be developed to make future power systems able to overcome a growing number of challenges. In particular, energy storage is thought to be the missing link that will help enable the massive integration of renewable sources in distribution grids. The present research work aims to investigate this new technical option, which has reached maturity and is currently attracting increasing attention. In the first part of the dissertation, general methods to assess the potential and opportunities of distributed energy storage are presented. A framework for characterizing storage technologies is defined and its use highlights interesting performances but high costs. That is why the benefits of such devices for power systems are crucial to their development. The study of this point is carried out in two phases: their applications for various stakeholders of liberalized power systems are first classified and precisely defined; the aggregation of some of these services to increase the profitability of energy storage is then contemplated using a new method. This approach leads to the identification of high-value configurations that deserve further exploration. To this end, a scalable, flexible model of distributed energy storage systems is proposed in the second part of the dissertation. Its implementation in a dynamic simulation software allows the study of advanced storage service packs in power systems. The possibilities offered by these tools are illustrated and experimentally validated on a case study: the provision of a fast frequency control reserve by distributed storage to reduce the use of automatic load-shedding in isolated power systems is analyzed