UPThèses

Le développement de nouvelles méthodes durables permettant la conversion de composés oxygénés issus de la biomasse en molécules aminées à haute valeur ajoutée est très recherché. Plus particulièrement, l'amination de sucres présente un intérêt particulier pour différents domaines d’applications. Cette réaction est décrite dans la littérature et se fait généralement par amination réductrice et est donc limitée à la position anomérique des sucres. Afin d’aminer les fonctions alcools, il est possible d’utiliser la méthode d’auto-transfert d’hydrogène. L’un des verrous de cette réaction est la maîtrise de sa sélectivité qui peut dépendre de plusieurs paramètres tel que le type du substrat, la nature du catalyseur (homogène, hétérogène) ou des conditions expérimentales utilisées (température, pression, additif…). L’objectif de ces travaux de thèse est donc de réaliser l’amination d’un sucre, le méthylglucose, qui servira de substrat modèle, par réaction d’auto-transfert d’hydrogène. Le principal défi sera d’obtenir un contrôle de la sélectivité de la réaction spécifiquement vers la mono-amination du sucre, mais également un contrôle de la sélectivité vers la formation de l’amine secondaire ou tertiaire. La réaction pourra être contrôlée en modulant les conditions réactionnelles et notamment en utilisant un catalyseur de nature hétérogène ou homogène. Cette méthodologie a été appliquée à d’autres sucres.

Cette thèse présente les résultats de travaux sur lLes différentes notions de stabilité utilisées dans la littérature des systèmes dynamiques multidimensionnels. Plus précisément, dans le cadre des modèles 2D de Roesser et de Fornasini-Marchesini, nous analysons les notions de stabilité au sens de Lyapunov, stabilité asymptotique, stabilité(s) exponentielle(s) et stabilité structurelle, ainsi que les relations entre ces différentes propriétés. Le premier chapitre de ce mémoire effectue un certain nombre de rappels concernant les définitions de stabilité et les liens qui existent entre celles-ci, dans le but d'établir un cadre solide en vue d'étendre ces notions du cas 1D au cas 2D. Une fois ces rappels établis, nous présentons les modèles 2D que nous étudions. Le deuxième chapitre dresse la liste des définitions de stabilité utilisées pour les modèles 2D de Roesser et de Fornasini-Marchesini et établit les liens entre ces différentes définitions. Au cours du troisième chapitre, nous proposons une condition nécessaire et suffisante de stabilité asymptotique pour une certaine classe de modèles de Fornasini-Marchesini 2D discrets linéaires. Le quatrième et dernier chapitre propose une étude détaillée d'un modèle 1D non-linéaire qui possède la particularité rare d'être à la fois attractif et instable, et nous généralisons ce modèle particulier au cas 2D afin d'établir quelles propriétés se conservent ou non lorsque l'on passe du cas 1D au cas 2D.

Cette étude expérimentale s'intéresse au bruit tonal de bord de fuite sur un profil NACA 0012, et en particulier aux effets de l'inhomogénéité en envergure de l'écoulement sur les sources de bruit. L'originalité de l'approche consiste dans la mesure simultanée du bruit rayonné par antennerie acoustique et des champs de vitesse dans le sillage par Vélocimétrie par Images de Particules (PIV) résolue en temps (fréquence de 20 kHz afin de résoudre les échelles de temps acoustiques). Une expérience préliminaire retrouve, comme dans la bibliographie, des résultats de PIV altérés pour des fréquences inférieures à la limite de Shannon, et permet d'identifier l'allure des distorsions liées à cette erreur. La précision de la synchronisation entre le signal focalisé par formation de voies temporelle et les champs de vitesse est ensuite évaluée, et est de l'ordre du centième de milliseconde. La mesure acoustique révèle un bruit tonal (constitué d'un ou plusieurs pics fréquentiels) pour des conditions d'écoulement en accord avec la littérature. La formation de voies permet alors d'identifier des zones sources le long de l'envergure, distinctes pour chaque fréquence. Cela constitue un apport intéressant car les modèles théoriques utilisés pour décrire la formation de bruit tonal au bord de fuite sont bidimensionnels. L'analyse fréquentielle des champs de vitesse dans un plan parallèle au profil d'aile indique un détachement tourbillonnaire variable en fonction de la position en envergure, avec les mêmes fréquences dans les mêmes zones que les sources de bruit identifiées. Il est aussi montré que les zones sources de bruit sont celles où la cohérence transverse du détachement tourbillonnaire présente un maximum. Une mesure dans le plan perpendiculaire à l'aile permet le suivi temporel des tourbillons détachés au bord de fuite, et une comparaison entre le signal de vorticité et le signal acoustique focalisé sur la zone de mesure aboutit à un taux de corrélation satisfaisant, de l'ordre de 60%.

Le potentiel d’adhérence d’un pneu est la grandeur caractérisant la quantité d’adhérence restante à un pneu avant que celui-ci ne se mette à patiner sur la route. La connaissance de cette grandeur lors d’un trajet pourrait se révéler particulièrement avantageuse, notamment pour le développement des véhicules autonomes et également pour améliorer sensiblement les performances des systèmes d’aide à la conduite. Malheureusement, lors d’une manœuvre standard, les efforts longitudinaux générés par le pneu restent faibles par rapport à la charge subie par celui-ci. En conséquence, le potentiel d’adhérence est particulièrement difficile à estimer. Ainsi, l’objectif de ces travaux est de mettre en œuvre une méthode permettant d’estimer le potentiel d’adhérence lors d’une manœuvre standard en utilisant uniquement les capteurs équipant les véhicules de série. La méthode mise en œuvre se scinde en deux grandes étapes. Tout d’abord, une méthode de type Monte-Carlo adaptative utilisant des points de friction est mise en œuvre afin de déterminer le potentiel d’adhérence. Dans cette première grande partie, les points de friction utilisés sont des mesures provenant de simulations ou d’essais effectués avec des machines de test sur des pneus standards. Cependant, dans le cas pratique où les seules mesures accessibles sont celles fournies par les capteurs présents sur les véhicules de série, ces mesures de points de friction ne sont pas accessibles. Ainsi, dans une seconde grande étape, un filtre de Kalman étendu est utilisé afin d’obtenir des estimations des points de friction en ne se servant que des signaux fournis par les capteurs présents sur les véhicules de série. Cette étape est validée sur des données de simulation représentatives d’une manœuvre en ligne droite.

L'intégration des sources d'énergies renouvelables dans le mix énergétique et les réseaux électriques constitue un défi du fait de leur intermittence et de leur coût d'installation. Il est donc important de prendre en compte la nature intermittente des sources d'énergies renouvelables lors de l'analyse de leur interaction avec les sources d'énergies conventionnelles et le réseau de distribution. Les objectifs principaux de cette thèse sont le contrôle d'un micro-réseau à courant continu à énergies renouvelables intégré au réseau et l'optimisation de la gestion des flux d'énergies dans un tel système. En premier lieu, une loi de commande IDA-PBC basée sur la passivité est développée pour contrôler les convertisseurs d'interface DC/DC et DC/AC au sein d'un micro-réseau à courant continu à énergies renouvelables intégré au réseau et disposant d'un système de stockage d'énergie hybride batterie/supercondensateur. Cette commande permet de maintenir un courant stable sans perturbations dans la batterie et le réseau et de stabiliser la tension de bus continu. En second lieu, une méthode de dimensionnement est élaborée pour un micro-réseau autonome à courant continu alimenté par une source photovoltaïque et disposant d'un système de stockage d'énergie hybride batteries/pompage hydraulique. Cette étude s'intéresse également à l'optimisation de la gestion d'énergie au sein de ce système. En dernier lieu, une méthodologie d'optimisation multi-objectifs par algorithme génétique est proposée pour optimiser le dimensionnement de ce micro-réseau. Les critères d'évaluation de la configuration optimale du micro-réseau (capacité photovoltaïque, capacité des batteries et capacité du réservoir supérieur d'eau) sont la probabilité de perte de charge LPSP et le coût actualisé de l'énergie LCE.

Un développement semi-analytique exact à l’aide de la méthode du lancer de rayons, suivi de simulations numériques du transfert de chaleur par rayonnement et rayonnement-conduction est appliqué à un milieu semi-transparent gris, compris dans une enceinte rectangulaire 2D avec un obstacle carré et centré. Ce travail est subdivisé en trois parties, dont la première traite de l’étude du rayonnement avec surfaces noires, la seconde prend en compte l’effet réfléchissant et diffus des surfaces et la troisième analyse le couplage conduction-rayonnement en présence des surfaces noires. L’obstacle ne participe pas au transfert de chaleur, le milieu participatif absorbe et émet du rayonnement, avec des températures imposées constantes aux surfaces du milieu semi-transparent. On s’intéresse à évaluer le comportement qualitatif et quantitatif des grandeurs radiatives, tels le champ de température et du flux radiatif dans le milieu qui restent d’une grande importance en ingénierie. La configuration géométrique du milieu semi-transparent en fonction des différentes tailles de l’enceinte et de l’obstacle révèle l’existence de plusieurs sous zones, dont la modélisation du rayonnement incident diffère au regard de la marche des rayons de chaleur. Dans la première partie, l’équation du transfert radiatif est résolue via le biais des fonctions spéciales de Bickley-Naylor qui génèrent des résultats assez précis, suivi de l’analyse numérique à dérivée des quadratures des Gauss. Les résultats du profil de température, du flux de chaleur sont comparés avec la littérature, des simulations numériques montrant l’influence de l’obstacle sur la distribution des grandeurs radiatives sont présentées et ces derniers informent de la validité de la présente analyse. Dans la deuxième partie, la technique de radiosité est introduite pour déterminer précisément les expressions semi-analytiques exactes de températures de radiosité aux surfaces ainsi que le flux de chaleur résultant dans le milieu participatif. Il ressort de là, d’étranges observations au regard des effets de l’émissivité et du ratio entre la taille de l’obstacle et de l’enceinte sur les grandeurs radiatives. Dans la troisième partie, le mode conductif s’adjoint au rayonnement et se modélise par la méthode des différences finies centrées. Des résultats obtenus ont certes été comparés avec la littérature, mais aussi l’effet conjugué du paramètre rayonnement-conduction, du coefficient d’absorption ont été interprétés.

Les objectifs de réduction de bruit dans les domaines de l'ingénierie de l'aéronautique ou des transports terrestres impliquent l'identification des sources de bruit aéroacoustique, souvent réalisées au moyen d’antennes microphoniques. Dans cette thèse, des mesures sont réalisées avec un prototype d’antenne tridimensionnelle (3D) de microphones MEMS formant un tunnel autour de la section d'essai ouverte d'une soufflerie anéchoïque, et des stratégies de traitement de signal appropriées sont développées. Dans la première partie, la technique de formation de voies (FV), tenant compte d’un rayonnement dipolaire en champ libre des sources de bruit (typique du bruit d'interaction écoulement-obstacle), est étendue à l'identification des sources de bruit dans des domaines 3D. La FV 3D s'avère efficace pour identifier les sources aéroacoustiques générées par des profils d’aile encastrés. Des tests supplémentaires sur un cas plus complexe -un modèle d’aile hypersustentée- suggèrent que l’influence des parois du modèle sur la propagation du son devrait être prise en compte dans la technique d'identification des sources. La deuxième partie introduit ainsi la technique de retournement temporel (RT) numérique pour l'identification des sources de bruit en considérant des frontières solides dans l’écoulement. Cette technique combine des mesures acoustiques et un outil numérique 3D simulant la propagation du son dans un écoulement. Des cas test concernant diverses configurations délicates, dans lesquelles la technique de FV peut être mise en échec, sont conduits. Basée sur des données numériques, la technique de RT montre des performances intéressantes pour modéliser les effets d’installation en soufflerie, mais les frontières solides situées dans le voisinage immédiat de la source sonore peuvent dégrader les résultats. Enfin, le RT 3D est appliqué à des données expérimentales sur 768 voies concernant une source de bruit synthétique large bande diffractée par un profil d’aile. Dans ce cas, le RT 3D permet une meilleure précision dans la localisation des sources, au détriment du temps de calcul, par rapport à la FV 3D.

Représentant plus d'un tiers de la consommation mondiale d'électricité, les bâtiments sont le secteur énergétique majeur pour promouvoir l’usage des énergies renouvelables. L'installation à la fois de sources d’énergie rénouvelable et d'un système de stockage d'énergie électrique dans les bâtiments peut favoriser la transition énergétique vers un système électrique à faible émission de carbone, tout en permettant aux consommateurs d'énergie finaux de bénéficier d'une énergie propre. Malgré tous ces avantages, cette topologie innovante et distribuée d’un Micro-réseau dédié au Bâtiment (MB)nécessite des changements importants dans le réseau actuel, qui dépend des politiques énergétiques et d’avancement technologiques. La conception d'un Système de Gestion de l'Energie (EMS) capable de gérer efficacement les composants électriques du micro-réseau sans menacer la stabilité du réseau principal est un obstacle au développement des MB. Pour atténuer les effets néfastes introduits par des acteurs d’énergie imprévisibles, le concept d'autoconsommation est de plus en plus adopté. Néanmoins, une analyse technico-économique plus approfondie est nécessaire pour piloter d’une manière optimaledes systèmes de stockage d'énergie afin d’atteindre des indices d'autoconsommation plus élevés. Face à ces enjeux, le but de ce doctorat est de proposer un EMS pour les micro-réseaux installés dans les bâtiments afin de maximiser leur taux d’autoconsommation à un coût d’exploitation minimum. Parmi les architectures de contrôle, la structure hiérarchique s'est avérée efficace pour gérer des objectifs contradictoires qui ne sont pas dans la même échelle de temps. Ainsi, une structure de contrôle Hiérarchique à Modèle Prédictif (HMPC) a été adoptée pour remédier aux incertitudes liées aux déséquilibres de puissance ainsi qu’établir un compromis entre la réduction du coût de fonctionnement et le respect du code de l’énergie français. Considérant que les bâtiments ne sont pas homogènes et nécessitent des solutions adaptées à leur besoin, le contrôleur proposé a été couplé à deux modules fonctionnant à base d’analyse de données. Le premier algorithme consiste à gérer les inexactitudes dans les modèles internes de l’HMPC. Sans avoir besoin de régler aucun paramètre, cet algorithme améliore la précision du modèle de batteries jusqu'à trois fois et augmente jusqu'à dix fois la précision du modèle de stockage d'hydrogène, réduisant ainsi la dépendance de l’EMS aux étapes de modélisation. Le deuxième algorithme détermine de manière autonome les paramètres de l’HMPC et facilite le compromis entre les aspects économiques et énergétiques. S'appuyant uniquement sur l'analyse des données de déséquilibre de puissance et des mesures, le contrôleur hiérarchique spécifie quel dispositif de stockage d'énergie doit fonctionner quotidiennement en fonction de l'estimation du taux d'autoconsommation et du coût de fonctionnement du micro-réseau. Ces estimations diminuent les dépenses annuelles du micro-réseau en évitant la pénalisation en ce qui concerne les exigences d'autoconsommation et en réduisant la dégradation et l'entretien des systèmes de stockage d'énergie. L’EMS proposé s'est également révélé capable de charger de préférence les batteries des véhicules électriques en période de surplus d’énergie et les décharger pendant les périodes de déficit pour réduire les échanges d’énergie avec le réseau principal. Les résultats ont aussi montré que la contribution des batteries de véhicules électriques dépend de la taille du parc de véhicules, de leur temps de connexion et du profil de déséquilibre de puissance. En conclusion, à travers les simulations utilisant le dimensionnement réel d'un bâtiment public et résidentiel, l’EMS hiérarchique s'est avéré efficace pour gérer de nombreux dispositifs de stockage d'énergie et contribuer à l’essor de micro-réseaux dédiés aux bâtiments à l’avenir.

La diffusion des micropolluants et plus particulièrement de la diffusion par les rejets de stations d’épuration (STEP) est une problématique récurrente depuis de plusieurs années dans la nécessité de protéger les milieux aquatiques du point de vu de la qualité chimique et écotoxique. Le développement de la spectrométrie de masse haute résolution et de l’accès aux bases de données a permis l’essor de l’analyse non ciblée appliquée aux matrices environnementales dont les eaux de STEP et les eaux de surfaces. Les objectifs de ce travail de thèse ont été de développer une méthode d’analyse non ciblée, de l’appliquer sur des eaux de stations d’épuration afin de les caractériser et d’étudier l’impact du traitement des eaux usées et du rejet des eaux traitées dans la rivière Clain. Des signaux pertinents et traceurs du rejet de STEP ont également été recherchés par l’utilisation d’analyses différentielles. Deux méthodes se basant sur les logiciels Mzmine 2 (avec R 3.5.1 et Excel en complément) et Compound Discoverer ont été développées. À la suite de ces développements, le logiciel Compound Discoverer a été conservé pour le reste des travaux de thèse. L’usage de trois réplicas a montré une réduction du nombre de faux positifs. L’effet matrice a également été évaluée de même que l’utilisation de l’extraction sur phase solide qui s’est avérée globalement positive. L’application de l’analyse non ciblée sur des entrées et sortie de STEP a montré une diminution du nombre de signaux détectés en sortie, principalement des signaux plutôt apolaires et/ou de taille importante mais a montré aussi l’apparition de nouveaux signaux. À partir de l’analyse différentielle, 375 signaux pertinents stables ou augmentant en sortie ont été sélectionnés et l’annotation d’une partie d’entre eux a été effectuée. L’étude de l’impact du rejet des eaux traitées a mis en lumière l’apport de nouveaux signaux dans le Clain. Malgré une baisse des valeurs des aires en aval immédiat, il n’a pas été observé de retour à l’état initial en amont. Une sélection de 305 signaux pertinents a été effectuée donc un faible nombre sont communs avec la liste réalisée à partir des échantillons de STEP, témoignant à la fois de l’intérêt de la méthode mais également de la difficulté de déterminer des traceurs apparentés réellement aux rejets de STEP. Des analyses de suspects ont également été réalisées en complément de l’analyse non ciblée.

Les travaux de recherche de la thèse de Rami Troudi répondent à trois problématiques : -la première est de concevoir un onduleur triphasé multiniveau pour des applications à base d’énergies renouvelables connectées au réseau de distribution, ou pour la motorisation des véhicules électriques. Dans la première application, l’utilisation de bras multiniveau limite fortement les inductances de couplage avec le réseau tandis que dans la deuxième application, le couple délivré par le moteur est de meilleure qualité. -la deuxième consiste à concevoir une structure de convertisseur DC-DC permettant de n’avoir qu’une seule source continue pour alimenter cet onduleur multiniveau. -la troisième est la conception d’une architecture de commande temps réel à base de microcontrôleurs permettant d’avoir une grande capacité d’évolution et de calcul et une facilité d’industrialisation. Le manuscrit de la thèse est organisé en quatre chapitres. Le premier chapitre présente un état de l’art des structures d’onduleur multiniveau. Cette technologie est devenue aujourd’hui un thème de recherche important. Ce chapitre donne les avantages et les inconvénients de chaque topologie d’onduleur multiniveau conventionnel ainsi que les nouvelles topologies permettant une réduction du nombre de composants. Ce chapitre fait aussi un état de l’art des structures de hacheurs avec une ou plusieurs entrées-sorties (MISO, MIMO et SIMO). Ce chapitre présente aussi les avantages et les inconvénients de chaque famille de structure avec leur commande. La fin du chapitre présente les nouvelles topologies retenues pour l’onduleur multiniveau et le hacheur SIQO (une entrée-quatre sorties). Le deuxième chapitre est consacré à la présentation de la structure de l’onduleur multiniveau proposé, ainsi qu’à l’étude de son mode de fonctionnement, de sa commande rapprochée et de son utilisation dans une application en boucle fermée. Ce chapitre montre que cette structure a l’avantage de minimiser les pertes dans les composants de puissance en ayant, à chaque instant, peu de composants qui conduisent le courant de chaque bras, ce qui permet d’augmenter son rendement. En plus, ce chapitre montre la simplicité de la commande rapprochée de l’onduleur en utilisant un algorithme très simple. Des essais expérimentaux sont donnés à la fin du chapitre après le descriptif de la maquette d’essai. Le troisième chapitre traite en détail la structure du convertisseur DC-DC SIQO utilisé pour alimenter l’onduleur multiniveau, son mode de fonctionnement, sa modélisation et le développement d’une commande multi-entrée multi-sortie (MIMO). Cette structure est conçue à partir d’un couplage de la structure SEPIC avec la structure à accumulation magnétique et du dédoublement de chaque sortie par un système d’aiguillage qui permet ainsi d’obtenir quatre sorties à partir d’une seule entrée DC. Chaque structure (SEPIC et à accumulation) gère deux sorties avec le calcul de deux rapports cycliques. Pour cela, une synthèse d’asservissement basée sur une méthode H_∞ est présentée pour être robuste aux variations des courants et aux changements de consigne. Les résultats des essais expérimentaux sont donnés à la fin du chapitre après le descriptif de la maquette d’essai. Le chapitre quatre aborde le développement de l’architecture de commande à base de microcontrôleurs. Cette structure est appliquée au contrôle de l’onduleur triphasé. Ce chapitre décrit toutes les fonctions qui composent cette architecture au niveau matériel et logiciel. Le fait de répartir les besoins matériels et algorithmiques sur plusieurs microcontrôleurs permet de faciliter l’évolution des demandes de fonctions supplémentaires à savoir le diagnostic et la reconfiguration d’un bras, ainsi que l’ajout de la fonction de filtrage actif. Cette architecture repose sur une communication par bus SPI (Serial Peripheral Interface) qui permet des échanges rapides entre les microcontrôleurs et aussi vers un système IHM (Interface Homme Machine).