Le séchage est une opération industrielle complexe faisant intervenir des phénomènes de transport de masse et de chaleur à différentes échelles. Bien que cette opération permette d’éviter le gaspillage alimentaire en augmentant la durée de conservation et la facilité de la manutention, elle est consommatrice d’énergie et mène à la détérioration de nombreux produits, particulièrement les produits alimentaires. La finalité de cette recherche est de proposer des améliorations technologiques qui ont pour but d’intensifier les procédés de séchage agro-alimentaire dans une optique de réduction de la consommation d’énergie et d’amélioration de la qualité des produits. Pour ce faire, la compréhension des phénomènes se déroulant au cours du séchage des grains de levure doit être améliorée. Les levures, organismes vivants séchés sous forme de grains sphériques ou cylindriques formant un réseau poreux, sont sensibles à la température de séchage et à la déshydratation. Deux techniques encourageantes qui pourraient augmenter conjointement l’efficacité énergétique et la qualité des levures sont investiguées :le séchage en présence de matériel de support solide, plus précisément de farine, et le séchage en régime intermittent. L’influence de la farine, un matériel de support solide, sur la cinétique de séchage des grains de levure et sur la qualité des levures est caractérisée à l’aide d’expériences de séchage (partiel et complet) en séchoir tunnel. Pour des grains de levure contenant différentes quantités de farine de blé, l’évolution du contenu en eau, de la température de surface, des dimensions des grains de levure ainsi que de l’activité fermentaire des levures a été mesurée au cours du séchage. En parallèle de ces expériences, un modèle de cinétique de séchage a été développé et confronté avec succès aux résultats expérimentaux. L’analyse combinée des résultats expérimentaux et de la modélisation donne un aperçu clair des phénomènes se déroulant pendant le séchage de grains de levure comprenant un matériel de support solide. Les résultats observés mettent en évidence que l’ajout de farine de blé induit une augmentation de la vitesse de séchage et une diminution de la qualité en fin de séchage bien qu’il ne semble pas avoir d’impact sur la qualité des levures fraiches, avant séchage. L’influence de la redistribution de l’humidité par diffusion au sein de matériaux granulaires sur la cinétique de séchage en régime intermittent a été évaluée à l’aide de deux approches de modélisation :une approche continue et une approche de cœur humide rétrécissant. L’influence de la durée d’un cycle et de la proportion de séchage dans ce cycle, les deux paramètres caractérisant l’intermittence, est analysée de manière approfondie à l’aide de ces modèles. En comparant la dynamique du séchage intermittent au séchage stationnaire, des particularités ont été mises en évidences: trois régions différentes ont été identifiées dont une région de travail qui semble particulièrement avantageuse. Les prédictions des modèles permettent de mettre en évidence des meilleures stratégies et pratiques de séchage et donc de sélectionner les conditions opératoires les plus pertinentes afin d’améliorer l’efficacité énergétique sans augmenter substantiellement la durée totale du séchage par rapport à un séchage continu. En parallèle, l’évaporation, le transport capillaire et la gravité peuvent influencer la dynamique du liquide lors du séchage d’un milieu poreux. C’est pourquoi, la compétition entre l’imbibition capillaire, la gravité et l’évaporation au sein d’un milieu poreux est analysée. Un modèle analytique général pour la dynamique d’un front liquide dans un milieu poreux considérant les effets combinés de ces trois mécanismes est établi. Il met en évidence que deux nombres sans dimension contrôlent la dynamique du front liquide dans un milieu poreux :le nombre capillo-gravitaire G et le nombre d’évaporation E. Selon les valeurs de ces deux nombres sans dimension, le front liquide peut exhiber 7 régimes de dynamiques, classés en trois types de comportements. L’influence des propriétés des milieux liquides et poreux, ainsi que des conditions atmosphériques sur les valeurs des nombres sans dimension est également présentée. Finalement, l’intermittence est étudiée à l’échelle du séchoir à travers l’exploration d’un séchoir intrinsèquement intermittent :le séchoir rotatif aéré. L’écoulement solide au sein de ce séchoir est caractérisé au moyen d’un modèle couplant la méthode des éléments discrets (DEM) à la mécanique des fluides numérique (CFD). Quelques situations permettant de comparer la différence de comportement des particules et de leur distribution entre le début et la fin du séchage sont considérées. Une analyse comparative est menée. Néanmoins pour une analyse plus approfondie, il serait pertinent de lever les limitations de la méthode proposée. L’étude de la dynamique d’écoulements et de la distribution des particules solides souligne qu’une pseudo fluidisation du lit de grains de levure a lieu. Elle permet également d’estimer les deux paramètres caractérisant l’intermittence. Les résultats des simulations des différentes situations envisagées ont notamment permis de montrer que les variations de la taille et du poids des particules entrainent une variation significative de la dynamique d’écoulement au sein du séchoir rotatif aéré. Un modèle macroscopique décrivant la cinétique de séchage en se basant sur les simulations d’écoulement des grains de levure au sein du séchoir est suggéré. Ce modèle doit encore être validé et peut-être ajusté en conséquence. / Drying is a complex industrial operation involving mass and heat transport phenomena at various length scales in a multiphase system. Although this operation avoids food waste by increasing shelf life and ease of handling, it is energy consuming and leads to the deterioration of many products and particularly food products. The overall goal of this research is to propose technological improvements to intensify food drying processes in an effort to reduce energy consumption and to improve products quality. For this purpose, the understanding of the phenomena occurring during the drying of yeast pellets needs to be improved. Yeasts, living organisms dried in the form of spherical or cylindrical pellets forming a porous network, are sensitive to drying temperature and dehydration. Two promising techniques that could simultaneously increase energy efficiency and yeast quality are being investigated: drying in the presence of solid carrier, more precisely flour, and intermittent drying. The influence of the flour, a solid carrier, on the drying kinetics of the yeast pellets and on the quality of the yeast is characterized through drying experiments (partial and complete) in a tunnel dryer. For yeast pellets containing different amounts of flour, the evolution of water content, surface temperature, size of the yeast pellets as well as the fermentation activity of the yeast were measured throughout the drying process. In the meantime, a drying kinetics model was developed and successfully compared to the experimental results. The analysis of the experimental results combined with the modeling give an insight of the phenomena taking place during the drying of yeast pellets with a solid carrier. The results indicate that the addition of flour induces an increase in the drying rate and a decrease in quality at the end of the drying, but it does not seem to impact the quality of the fresh yeast before drying. The influence of moisture redistribution by diffusion within granular materials on drying kinetics of intermittent processes was evaluated using two modeling approaches: a continuous approach and a shrinking core approach. These models provide a comprehensive analysis of the influence of two parameters characterizing intermittency: the duration of a cycle and the proportion of drying in this cycle. Three regimes that can be encountered in the dynamics of intermittent drying when compared to stationary drying have been identified. The model predictions allow to highlight the best drying strategies and practices and thus to select the most relevant operating conditions to improve energy efficiency without significantly increasing the total drying time compared to continuous drying. In parallel, evaporation, capillary imbibition and gravity may influence the liquid dynamics during the drying of a porous medium. This is why, the competition between capillary imbibition, gravity and evaporation within a porous medium is analyzed. Considering the combined effects of these three mechanisms, a general analytical model for the dynamics of a liquid front in a porous medium is established. It shows that two dimensionless numbers control the dynamics of the liquid front in a porous medium: a gravity–capillary number G and an evaporation–capillary number E. According to the values of these two dimensionless numbers, the liquid front can exhibit 7 regimes of dynamics, classified into three types of behavior. The influence of the properties of liquid and porous media as well as atmospheric conditions on the values of the dimensionless numbers is also presented. Eventually, intermittency is studied at the dryer scale through the exploration of the roto- aerated dryer, an intrinsically intermittent dryer. The solid flow within this dryer is characterized using a model coupling the Discrete Element Method (DEM) to Computational Fluid Dynamics (CFD). A few situations allowing to compare the difference in particle behavior and particle distribution between the beginning and the end of the drying process are considered. A comparative analysis is carried out. Nevertheless it would be relevant to overcome the limitations of the proposed method for further analysis. The study of the flow dynamics and the distribution of solid particles underlines that a pseudo-fluidization of the bed of yeast pellets takes place. It also enables to estimate the two parameters characterizing intermittence. The results of the simulations of the different situations considered have shown that the variation of the size and weight of the particles leads to a significant variation in the flow dynamics within the roto-aerated dryer. A macroscopic model describing the drying kinetics based on the flow simulations of the yeast grains within this type of dryer is suggested. This model still needs to be validated and can be adjusted accordingly. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur et technologie / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Aujourd’hui, la durée d’exploitation de certaines structures en béton est amenée à être prolongée, en parallèle, des structures présentent prématurément des signes d’endommagements dû parfois à une mauvaise prise en compte des conditions environnementales. Assurer la durabilité des structures, c’est également assurer leur exploitation de façon sécuritaire, économique et écologique. Notre objectif est dans un premier temps de comprendre les phénomènes et mécanismes en jeu, ainsi que leur potentiels couplages ; puis, dans un deuxième temps, de créer des modèles prédictifs fiables de ces comportements.Le travail présenté s’intéresse en particulier aux structures nucléaires, qui en plus d’avoir un enjeu majeur, présentent des risques vis-à-vis de la dessiccation et de pathologies thermo-activées comme la réaction sulfatique interne (RSI). Plus précisément, l’objectif de cette thèse est de comprendre la participation des granulats dans les mécanismes de dégradation du matériau sous ces deux sollicitations respectives, puis leur couplage.A cet effet, une approche expérimentale multi-échelle est menée. Elle s’intéresse à l’évolution des déformations différées ainsi que des propriétés mécaniques et de transfert de matériaux cimentaires soumis soit à la dessiccation, soit à la RSI. Dans les deux cas, les paramètres influents des granulats dans les mécanismes ont été mis en évidence et une étude paramétrique a été mis en place afin de dégager clairement l’influence de ces paramètres.Dans un premier temps, l’étude de la dessiccation est basée sur le suivi et la caractérisation de sept formulations modèles ; i.e. dont les squelettes granulaires ont été contrôlés et sélectionnés selon la taille et la fraction volumique des granulats dans le matériau ; sur 200 jours. Les essais ont mis en évidence l’influence de ces paramètres dans le phénomène d’incompatibilités de déformations entre pâte de ciment et granulats. En parallèle, l’étude expérimentale de la réaction sulfatique interne s’intéresse à caractériser l’influence de la nature minéralogique des granulats sur la formation et la progression de la pathologie. Nous nous intéressons à l’influence de ce paramètre sur la cinétique et le taux de la réaction, mais également sur l’évolution des propriétés du matériau, afin d’identifier tous les mécanismes physico-chimiques présents. Enfin, une dernière étude s’intéresse au couplage entre RSI et dessiccation. Ici, les paramètres granulats ont été fixés, et des échantillons réactifs vis-à-vis de la RSI ont été soumis à des cycles de séchage-imbibition. / Today, the operating life of some concrete structures is likely to be extended, in parallel, structures show early signs of damage due sometimes to poor consideration of environmental conditions. Ensuring the sustainability of structures also means ensuring their safe, economical and ecological operation. Our objective is first to understand the phenomena and mechanisms at play, as well as their potential couplings; then, in a second step, to create reliable predictive models of these behaviours.The work presented is particularly interested in nuclear structures, which, in addition to having a major stake in our societies, present risks with regard to desiccation and thermo-activated pathologies such as the delayed ettringite formation (DEF). More precisely, the objective of this thesis is to understand the participation of aggregates in the degradation mechanisms of the material under these two respective stresses, and then their coupling.To this end, a multi-scale experimental approach is being conducted. It takes interest in the evolution of delayed deformations as well as the mechanical and transfer properties of cementitious materials subjected to either desiccation or DEF. In both cases, the influential parameters of the aggregates in the mechanisms were identified and a parametric study was carried out to clearly identify the influence of these parameters.First, the desiccation study is based on the monitoring and characterization of seven model formulations; i.e. granular skeletons were controlled and selected according to the size and volume fraction of the aggregates in the material; over 200 days. The tests revealed the influence of these parameters in the phenomenon of aggregate restraint.In parallel, the experimental study of DEF aims at characterizing the influence of the mineralogical nature of aggregates on the formation and progression of the pathology. We are interested in the influence of this parameter on the reaction kinetics and rate, but also on the evolution of the material properties, in order to identify all the physico-chemical mechanisms at stake. Finally, a final study is interested in the coupling between RSI and desiccation. Here, the aggregate parameters were set, and samples reactive to DEF were subjected to drying and soaking cycles.

La présente étude avait pour but de développer une stratégie de séchage pour l'équarri 2x2 d'épinette noire provenant de la cime de l'arbre en vue de sa transformation en produits à valeur ajoutée. La teneur en humidité (H) cible était de 10%, avec 90% du chargement entre 8 et 12% H. Le temps de séchage, le retrait dimensionnel, le niveau de gauchissement, la présence de gerces et de fentes et les contraintes de séchage résiduelles de séchage furent les principaux critères d'évaluation de la qualité du séchage. Un dispositif factoriel à trois variables, deux niveaux et sans répétitions fut utilisé; soit huit essais de séchage au total. Les facteurs étudiés furent le procédé (le séchage à moyenne température (MT) et le séchage à température élevée (TE)), la durée de la période d'équilibrage (5 h et 15 h) et le niveau de lestage (82,5 et 165 lb/pi2 (3,95 et 7,90 kN/m2)). L'effet du pré-rabotage fut aussi étudié mais de façon emboîtée avec les autres facteurs. Deux essais supplémentaires à haute température (HT) ont complété l'étude. La stratégie de séchage proposée dans cette étude démontre qu'il est possible de sécher l'équarri 2x2 d'épinette noire à 10% H avec une fourchette de teneurs en humidité finales variant entre 8 et 12% pour 90% du chargement. Le temps de séchage, pour une durée d'équilibrage de 15 h, fut en moyenne de 105,5 h, 87 h et 63 h respectivement pour les procédé MT, TE et HT. Un effet du procédé de séchage et du niveau de lestage fut clairement observé sur le gauchissement après séchage et rabotage. Le procédé TE a donné le plus faible niveau de déclassement du bois, mais cela au niveau du lestage le plus élevé seulement, indiquant par là que même à température élevée, le lestage doit atteindre un seuil minimal pour être efficace. L'effet du niveau de lestage s'est aussi manifesté sur le gauchissement après refendage en largeur et en épaisseur, en faveur du procédé TE. Un seul des deux essais à HT a donné des résultats comparables aux essais à TE, le second essai ayant montré un niveau de torsion anormalement élevé. Les trois procédés étudiés ont conduit à des contraintes résiduelles de séchage très faibles dans le plan transversal mais le procédé TE a montré les meilleurs résultats pour les contraintes résiduelles en direction longitudinale. Finalement, les gerces internes furent quasiment absentes alors que les gerces externes de surface et de bout furent observées sur plus de 80% des débits. Dans la plupart des cas, les gerces externes étaient cependant déjà visibles avant séchage.

L’optimisation combinatoire concerne la résolution de problèmes pour lesquels les variables prennent des valeurs discrètes et sur lesquelles s’appliquent des contraintes. L’ensemble des variables et des contraintes définissent un modèle représentant le problème. Un très grand nombre de problèmes industriels peuvent être représentés sous cette forme. Un logiciel qui prend un modèle en entrée et produit une solution est appelé solveur. La programmation par contraintes (PPC) est l’une des techniques algorithmiques pouvant être utilisée par ces solveurs. Dans ce mémoire, nous développons un nouveau solveur. L’objectif premier est de compter sur un solveur facilement modifiable dans le but d’y ajouter de nouvelles approches de résolution développées par les chercheurs. De plus, dans le but de démontrer l’utilité du solveur, nous développons une approche exploitant ce solveur dans le but de générer des patrons de chargement alternatifs pour un séchoir à bois utilisé par l’industrie des produits forestiers. Finalement, nous présentons dans ce mémoire une nouvelle technique pour résoudre avec plus d’efficience certains problèmes de PPC. Les algorithmes de filtrage associés aux contraintes sont typiquement déclenchés en fonction d’événements qui se produisent lors de la résolution du problème. Nous proposons un nouvel événement qui permet d’effectuer du filtrage tardif des variables. Nous montrons que, pour un problème classique d’optimisation combinatoire (Balanced Incomplete Block Design), il donne une meilleure performance tout en maintenant le même niveau de filtrage par rapport à l’utilisation des événements classiques. / Combinatorial optimization concerns the solving of problems for which the variables take discrete values and on which constraints apply. The set of variables and constraints form the model of the problem. A lot of industrial problems can be represented in this form. A solver is a software that takes as input a model and produces a solution. Constraint programming (CP) is one of the algorithmic techniques that can be used within a solver. In this master’s thesis, we develop a new solver. The primary objective is to rely on an easily modifiable solver in order to add new resolution approaches developed by researchers. Moreover, in order to demonstrate the utility of the solver, we develop an approach using that solver in order to generate alternative loading patterns for a kiln in the forest industry. Finally, in this master’s thesis, we present a new technique for solving some CP problems. The filtering algorithms are triggered according to events that occur when solving the problem. We propose a new event that allows to perform a lazy filtering of the variables. We demonstrate, on a classical combinatorial optimization problem (Balanced Incomplete Block Design), that it gives a better performance while maintaining the same level of filtering when compared with classical events.

Une nouvelle approche et un nouveau modèle rhéologique pour la modélisation du comportement hygro–thermo–mécanique du bois lors du processus de séchage sont proposés. Cette approche est basée sur la résolution des équations d’équilibre d’une poutre cantilever d’Euler–Bernoulli, sans faire aucune hypothèse sur le profil des contraintes dans l’épaisseur de la poutre. Un code numérique a été développé afin de prédire l’évolution des contraintes et des déformations d’une pièce de bois en flexion porte-à-faux à humidité constante ou variable. Ce code fut validé à partir d’un modèle rhéologique classique (modèle de Burger), où une solution analytique existe à humidité constante. Un nouveau modèle rhéologique global fut alors développé où sont pris en considération le retrait libre, la relation contrainte déformation instantanée (élastique), le fluage induit par le temps (fluage viscoélastique) et le fluage induit par la variation d’humidité (fluage mécanosorptif). La loi constitutive du modèle rhéologique est basée sur un comportement élasto-viscoplastique qui prend en considération l’apparition des gradients d’humidité dans le bois, l’effet du niveau de chargement ou de contrainte en introduisant un seuil de déformation plastique (non recouvrable), et aussi l’effet combiné de la charge et de la variation d’humidité en incluant le comportement mécanosorptif du bois au cours du séchage. Afin d’identifier les paramètres du modèle rhéologique, un dispositif expérimental de flexion en porte-à-faux a été mis en place. Des essais de fluage à 60°C à différents niveaux de charge, à différentes teneurs en humidité constantes, et au cours du séchage ont été réalisés sur le bois d’épinette blanche (Picea glauca (Moench.) Voss.) en direction radiale. Les propriétés élastique, viscoélastique, viscoplastique et mécanosorptive de l’espèce utilisée obtenues expérimentalement ont été reproduites par simulation. La correspondance satisfaisante obtenue entre les résultats de simulation et les résultats expérimentaux confirme la validité de l'approche et du modèle rhéologique proposés pour les conditions expérimentales considérées dans ce travail. / A new approach and rheological model for modeling the hygro-thermo-mechanical behaviour of wood during drying process are proposed. This approach is based on the resolution of equilibrium equations of Euler-Bernoulli cantilever beam without any assumption on stress distribution through the thickness. A numerical code was developed to predict stress and deformation evolution of wood cantilever at constant and variable moisture conditions. This code was validated using a classical rheological model (Burger model), where analytical solution exists at constant moisture content. A new global rheological model was therefore developed where free shrinkage, instantaneous stress-strain relationships, time induced creep (viscoelastic creep) and mechano-sorptive creep are taken into account. The constitutive law is based on an elasto-viscoplastic model that takes into account the moisture content gradient in wood, the effect of external load by introducing a viscoplastic deformation threshold (permanent strain), and also the combined effect of load and moisture content variation by adding the mechano-sorptive behavior of wood during drying. For the rheological model parameters identification, a cantilever experimental setup was used. Creep tests at 60°C, at different load levels, at different constant moisture contents, and during drying were carried out on white spruce wood (Picea glauca (Moench.) Voss.) in the radial direction. Thus, the elastic, viscoelastic, viscoplastic and mechano-sorptive properties obtained experimentally were reproduced by simulation. The good agreement between simulation and experimental results confirms the validity of the proposed numerical approach and the developed rheological model for the experimental conditions considered in this work.

La planification de la production des usines est un défi de taille pour les entreprises forestières en raison de l’imprévisibilité de la ressource. Cette incertitude a un effet encore plus important pour un réseau d’usines interdépendantes où chaque décision prise a un impact sur l’ensemble du système. Dans le cadre de la recherche, l’étude est centrée sur le cas d’un réseau de huit usines du Lac-Saint-Jean appartenant à l’entreprise Produits forestiers Résolu. L’objectif est de développer une approche de planification de production robuste et réaliste qui permette de satisfaire les besoins globaux de l’entreprise, tout en considérant les particularités des unités d’affaires de la région. Il est aussi visé de profiter de la collaboration avec le partenaire industriel pour tester le fonctionnement actuel du réseau de façon à évaluer différentes pistes menant à une meilleure coordination entre les usines. À partir de la collecte d’information concernant la méthode de planification manuelle utilisée au départ dans le réseau, l’idée consiste à faire appel à deux outils d’aide à la décision développés par le Consortium de recherche FORAC afin de mettre sur pied une nouvelle méthode de planification. Le premier outil permet de développer rapidement des plans de séchage définissant quels produits combiner dans chacun des séchoirs pour chaque période. Le second outil permet d’élaborer des plans de rabotage en indiquant l’ordre et la durée de l’opération pour les produits en continu. En adaptant ces deux outils pour que chaque plan prenne en considération les spécificités des usines ciblées par le projet, il devient alors possible de standardiser davantage la méthode de planification, permettant à l’entreprise de sauver au minimum 20h par semaine en plus d’augmenter l’utilisation des séchoirs de 10%. La recherche contribue ainsi aux besoins pratiques de l'entreprise partenaire en proposant une stratégie de planification durable et flexible, tout en évaluant les possibilités futures pour favoriser la coordination du réseau interdépendant.

Titre de l'écran-titre (visionné le 26 juin 2023) / L'industrie des produits du bois évolue dans un contexte de forte compétition qui incite les scieries à se tourner vers des procédés plus agiles, tel que le séchage du bois en continu par micro-ondes, une technologie récemment brevetée. Cette technologie permet de corriger le séchage des planches une à la fois, par opposition au séchage classique par lot. L'intégration de ce séchage de précision à une ligne de finition traditionnelle complexifie toutefois la logistique de l'entreprise. En effet, bien que la technologie permette d'améliorer la qualité du bois, la surcharge de planches trop humides occasionne des goulots d'étranglement et une réduction de la productivité. Il est donc nécessaire de développer des systèmes décisionnels qui déterminent en temps réel si une planche humide doit passer au séchoir micro-onde afin d'améliorer sa qualité ou continuer son chemin vers la fin de la ligne de finition. Ce projet consiste à concevoir et à évaluer des algorithmes de prises de décisions en temps réel sur une ligne de finition afin de maximiser la valeur générée par unité de temps. Compte tenu de l'aspect séquentiel des décisions (chaque décision affecte les taux actuels et futurs d'occupation des différents équipements, la qualité du bois et la productivité de l'usine), l'apprentissage par renforcement est utilisé. Dans ce sous-domaine de l'intelligence artificielle, les algorithmes apprennent des politiques décisionnelles optimales, pour une fonction objectif donnée, par interaction avec leur environnement à travers un processus « d'essais-erreurs ». Nous montrons le potentiel de l'apprentissage par renforcement à travers un modèle de simulation imitant le contexte fortement dynamique des scieries. Les politiques d'apprentissage par renforcement apprises ont permis d'augmenter la productivité d'au moins 19% par rapport à une heuristique semblable à celles utilisées actuellement en industrie. Ces politiques sont aussi relativement robustes aux perturbations soudaines qui peuvent survenir dans l'environnement. / The wood products industry is evolving in a context of strong competition encouraging sawmills towards more agile processes such as continuous wood drying using microwaves, a recently patented technology. This technology makes it possible to correct wood drying one plank at a time as opposed to traditional batch drying. However, the integration of this precision drying process into traditional finishing operations complicates sawmill's logistics. Although the technology improves wood quality, the overload of wet lumber causes bottlenecks and a reduction of productivity. It is therefore necessary to develop new decision-making systems to determine in real time whether wet lumber should be microwaved to improve its quality or continue on its way towards the end of the finishing line. This project consists of designing and evaluating real-time decision-making algorithms on a finishing line in order to maximize the value generated per unit of time, a constant challenge in the Canadian wood products industry. Considering the sequential aspect of decisions (each decision affects current and future occupancy rates of different equipment, wood quality and plant productivity), reinforcement learning (RL) is used. In this subfield of artificial intelligence, algorithms learn optimal decision sequences by interacting with their environment through a "trial and error" process. We show the potential of RL through a simulation model mimicking the real and highly dynamic factory context. RL policies learned increase productivity on wet lumber by at least 19% compared to the heuristic currently used in industry. These policies are also relatively robust to sudden disturbances that may occur in the system.

Avec la disponibilité de capteurs fiables de teneur en eau exploitant la spectroscopie proche infrarouge (NIR pour near-infrared) et les outils chimiométriques, il est maintenant possible d’appliquer des stratégies de commande en ligne sur plusieurs procédés de séchage dans l’industrie pharmaceutique. Dans cet ouvrage, le séchage de granules pharmaceutiques avec un séchoir à lit fluidisé discontinu (FBD pour fluidized bed dryer) de taille pilote est étudié à l’aide d’un capteur d’humidité spectroscopique. Des modifications électriques sont d’abord effectuées sur le séchoir instrumenté afin d’acheminer les signaux mesurés et manipulés à un périphérique d’acquisition. La conception d’une interface homme-machine permet ensuite de contrôler directement le séchoir à l’aide d’un ordinateur portable. Par la suite, un algorithme de commande prédictive (NMPC pour nonlinear model predictive control), basée sur un modèle phénoménologique consolidé du FBD, est exécuté en boucle sur ce même ordinateur. L’objectif est d’atteindre une consigne précise de teneur en eau en fin de séchage tout en contraignant la température des particules ainsi qu’en diminuant le temps de lot. De plus, la consommation énergétique du FBD est explicitement incluse dans la fonction objectif du NMPC. En comparant à une technique d’opération typique en industrie (principalement en boucle ouverte), il est démontré que le temps de séchage et la consommation énergétique peuvent être efficacement gérés sur le procédé pilote tout en limitant plusieurs problèmes d’opération comme le sous-séchage, le surséchage ou le surchauffage des granules. / The availability of reliable online moisture content measurements exploiting near-infrared (NIR) spectroscopy and chemometric tools allows the application of online control strategies to a wide range of drying processes in the pharmaceutical industry. In this paper, drying of particles with a pilot-scale batch fluidized bed dryer (FBD) is studied using an in-line spectroscopic moisture sensor. Electrical modifications are firstly performed on the instrumented FBD to route measured and manipulated signals to an acquisition peripheral. Then, the design of a human-machine interface allows directly controlling the FBD with a laptop computer. Afterwards, a predictive control algorithm (NMPC), based on an FBD consolidated phenomenological model, is executed in a loop on this same computer. The objective is to reach a specific particle moisture content setpoint at the end of the drying batch while decreasing batch time and limiting particle temperature. Furthermore, the FBD energy consumption is explicitly included in the NMPC objective function. Compared to a typical FBD operation in industry (mostly open-loop), it is shown that the drying time and the energy consumption can be efficiently managed on the pilot-scale process while limiting various operation problems like under drying, over drying, or particle overheating.

La fabrication de comprimés pharmaceutiques par granulation humide a typiquement recours aux lits fluidisés pour le séchage des particules. Encouragée par les agences réglementaires, l'industrie a entamé une migration vers la production continue et automatisée, mais les procédés discontinus (batch) opérés sans rétroaction, excepté un contrôle qualité en fin de cycle, demeurent largement majoritaires dans le secteur. Dans le cas des séchoirs à lit fluidisé, cette approche occasionne plusieurs complications comme le sous-séchage, le surséchage et la surchauffe des granules thermosensibles, qui peuvent conduire au rejet du lot. Toutefois, la commande avancée et la production en continu peuvent réduire les problèmes d'opération. Ce projet de recherche concerne donc l'automatisation du séchage par lit fluidisé ou, plus spécifiquement, sa modélisation, sa commande et son observation. La conception et la comparaison de diverses stratégies d'estimation et de contrôle nécessitent d'abord un modèle mathématique représentatif du procédé. Pour y parvenir, une identification « boite grise » estime les paramètres empiriques d'une description phénoménologique à deux phases du lit fluidisé à partir de données expérimentales et un second lot de données valide les simulations qui en résultent. Cet ouvrage évalue ensuite la commande prédictive linéaire, non linéaire et économique sur le simulateur calibré. L'étude explore aussi les filtres de Kalman standard et non parfumé, ainsi que l'estimateur à fenêtre glissante, comme capteur virtuel de teneur en eau des particules, le principal indicateur de qualité au séchage. La première partie de cette thèse se concentre sur les séchoirs verticaux discontinus, et la deuxième, sur un nouveau prototype de réacteur horizontal entièrement continu. Les résultats de cette recherche confirment les avantages indéniables de ces technologies, soit un contrôle serré de la qualité du produit, et une diminution des coûts et de l'empreinte environnementale des opérations. / Manufacturing pharmaceutical tablets through wet granulation typically relies on fluidized bed drying for the particles. Advocated by regulatory agencies, the industry initiated a paradigm shift towards fully continuous and automated production, but batch processes operated without feedback, except a quality control at the end of the cycle, still prevail in the sector. For the case of fluidized bed dryers, this approach results in several issues like under drying, over drying, overheating of thermosensitive granules, that can lead to the rejection of the batch. However, advanced control and continuous processing can reduce the operational hurdles. This research project investigates the automation of fluidized bed drying or, more specifically, its modeling, control and observation. The design and comparison of various estimation and feedback strategies first require a representative mathematical model of the process. For this, a grey-box identification estimates the empirical parameters of a two-phase fluidized bed description from experimental data, and a second dataset validates the resulting simulations. This work then investigates linear, nonlinear, and economic model predictive control on the calibrated simulator. The study also explores the standard and unscented Kalman filter, and the moving-horizon estimator, as soft sensors for the particle moisture content, a critical quality attribute at drying. The first part of this thesis focuses on vertical batch dryers, and the second one, on a new prototype of a fully continuous horizontal reactor. The results of this research confirm the undeniable advantages of those technologies, namely a tight control of the product quality, and reductions in the costs and the environmental footprint of the operations.

La théorie des milieux poreux réactifs fermés est explorée pour modéliser le comportement au jeune âge des bétons pour des couplages chimio-poro-visco-élastiques. Le modèle est construit autour de l'hypothèse que la dépression capillaire est le principal mécanisme responsable du retrait d'autodessiccation (Hua et al. 1995). Ce retrait correspond à la réponse viscoélastique de la matrice solide vieillissante du milieu poreux sous l'action d'une contrainte de compression induite par la condensation capillaire. L'apparition d'une déformation de gonflement dans les premières heures qui suivent la prise du matériau ne peut être expliquée par un phénomène de dessiccation, car l'humidité relative décroît au fur et à mesure de l'évolution de la réaction d'hydratation. Les déformations endogènes (déformations libres du matériau en conditions isothermes, sans chargement extérieur et sans échange hydrique avec l'extérieur) sont donc définies comme la somme d'un gonflement chimique macroscopique dû à la réaction d'hydratation et d'un retrait d'autodessiccation. L'approche chimio-poro-visco-élastique développée dans cette étude pour analyser le comportement au jeune âge des bétons a plusieurs objectifs. Premièrement, une modélisation basée sur une approche de la mécanique des milieux poreux permet d'avoir une base rigoureuse à la compréhension des mécanismes qui ont une influence sur les déformations différées observées à l'échelle macroscopique. Le deuxième objectif consiste en la mise en place d'un outil qui fournit les bases nécessaires à une meilleure compréhension de l'influence de la composition du matériau sur le comportement au jeune âge des bétons. Ce rapport est divisé en quatre parties dont les deux premières font état des connaissances publiées dans la littérature scientifique qui permettront d'arriver à une modélisation basée sur une approche multi-échelles du problème. Les conditions de retrait restreint sont développées dans la troisième partie afin de montrer comment un essai R2D2 peut être analysé en vue d'une modélisation du comportement au jeune âge. La quatrième décrit les bases théoriques du modèle ainsi que l'identification des paramètres de ce dernier. Le rapport finit par une application de l'approche pour étudier l'influence du ciment et du rapport E/C sur le comportement au jeune âge des bétons.