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Université de Franche-Comté, Université de Technologie Belfort Montbéliard (UTBM), Institut National de Recherche sur les Transports et leur Sécurité ; Université Henri Poincaré .
/ 07-12-2007
Blunier Benjamin
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L'amélioration, l'avenir et la commercialisation des piies à combustible (PàC) reposent en grande partie sur l'optimisation et la conception du système de gestion de l'air et en particulier sur le système de compression. La première partie du travail a consisté en une recherche approfondie sur les PàC, la gestion de l'air et sur les compresseurs. Cette recherche a montré que dans une première phase, deux types de compresseurs sont à privilégier : les compresseurs centrifuges et à spirales (scroll). Une modélisation analytique de ce dernier a été réalisée. Le modèle étant analytique, il permettra par le moyen d'une optimisation sous contrainte d'obtenir différentes géométries qui seront adaptées aux objectifs visés. Un banc de test automatisé a été réalisé. Celui-ci es pourvu d'un système d'acquisition et de commande (dSPACE) permettant d'identifier le système et de prototyper des lois de commande en vue d'une commande optimale du compresseur. Afin de contrôler le compresseur et de déterminer son influence dans la gestion de l'air de la pile, il a été nécessaire de modéliser la PàC. Ce modèle a été réalisé en utilisant une approche originale : chaque partie de la pile est modélisée séparement en incluant les phénomènes multi-physiques au sein du même composant. Le modèle prend en compte la dynamique des pressions dans les canuax cathodiques, les phénomènes de diffusion ainsi que les phénomènes de transferts d'eau dans la membrane. Cette modélisation a été développée dans un langage description multi-physique standardisé par IEEE : le langage VHDL-AMS. Les résultats de modélisation et de simulation ont été validés expérimentalement sur un système PàC de 1,2 kW.
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Université de Franche-Comté, Université de Technologie Belfort Montbéliard (UTBM)
/ 03-12-2008
Bouquain David
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Les véhicules électriques et hybrides sont constitués de différents composants et organes : la (ou les) source d énergie, son stockage et sa conversion, la (ou les) motorisation, la transmission mécanique et/ou électronique (pour les véhicules complètement électriques), la commande et la gestion des différents composants (outils de commande, cartes électroniques, bus véhiculant la puissance et l information) Chaque organe possède sa propre physique mais également une dynamique appropriée. Il constitue à lui seul un sous système nécessitant ainsi une approche de modélisation et de simulation bien particulière. La première partie présente un état de l art des solutions électriques et hybrides existantes en prenant comme base le véhicule à combustion interne classique placé dans son contexte environnemental. Les différents moyens de stockage de l énergie électrique sont exposés et comparés. Un des objectifs était le développement d un outil de dimensionnement énergétique intégré et modulaire, basé sur des modèles physiques dont la précision est à plusieurs niveaux selon l usage. Cet outil doit servir à terme à l optimisation, au dimensionnement et à la conception des architectures hybrides par une approche de prototypage virtuel. La mise en place de bancs d essais modulaires a permis d évaluer différentes technologies dans le domaine des motorisations électriques et hybrides. De plus, ces outils ont permis de valider des modèles numériques des composants ainsi que les lois de gestion d énergie. La dernière partie montre les nombreux résultats de simulations et d expérimentations obtenus validant ainsi nos méthodes de conception et de modélisation.
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Université de Franche-Comté, UTBM, UFC
/ 18-12-2007
Correia Aurélien
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Le trafic routier entraîne de nombreux effets néfastes, dont la pollution , l'insécurité et la congestion. Dans la gestion de l'espace urbain alloué aux véhicules, les carrefours à feux sont des lieux stratégiques. Bien que de nombreux travaux de recherche proposent des modélisations et des commandes des feux, les outils les plus éprouvés actuellement arrivent à leurs limites. Dans ce mémoire, nous proposons une nouvelles vision du trafic. Nous considérons les carrefours à feux comme des systèmes discrets dans l'espace et le temps. Plus précisément, nous proposons un modèle analytique du trafic urbain dans l'algèbre des dioïdes. Afin de valider ce modèle, nous vérifions, à travers son application à des segments de rue, qu'il permet de représenter les deux états du trafic, à savoir fluide et congestionné. En outre, il fournit les différentes grandeurs macroscopiques et microscopiques du trafic. La généralisation du modèle aux carrefours pose le problème de la modélisation de conflits par l'algèbre des dioïdes. Or, les travaux proposés dans la littérature ne nous permettent pas de nous affranchir de cette difficulté d'une manière adaptée au problème étudié. Ainsi, nous définissons deux modélisations analytiques. Nous prouvons que ces modèles décrivent formellement tout système constitué d'un nombre invariant de ressources à partager entre des utilisateurs. Ainsi, ce nouveau formalisme nous conduit vers une assimilation du carrefour à un problème de ressources partagées. En adaptant des algorithmes d'ordonnancement aux modèles, nous proposons plusieurs commandes en fonction des hypothèses retenues. Afin de valider notre approche, nous l'appliquons au problème de régulation du trafic. Les simulations sur un carrefour élémentaire montrent que la prise en considération des véhicules d'une manière individuelle permet d'améliorer sensiblement la fluidité du trafic. Ceci nous a encouragé à généraliser l'approche pour deux carrefours successifs pour la comparer aux ondes vertes. Bien que notre commande optimise localement la circulation, elle donne des résulats comparables.
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Université de Franche-Comté, UFC, UTBM
/ 30-11-2007
Devarenne Isabelle
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Toutes les méthodes d'optimisation ont des paramètres internes qui prennent une part prépondérante dans leurs performances. La difficulté pour les utilisateurs est de trouver un bon réglage pour chaque problème. Depuis quelques années une part importante de la recherche en optimisation combinatoire porte sur la conception de méthodes adaptives. L'objectif de cette démarche est de définir les procédés qui tentent d'adapter dynamiquement le paramétrage des méthodes en fonction du problème. Dans ce contexte, cette thèse porte sur les mécanismes de mémoire et d'adaptation dans le but de mettre au point une méthode de Recherche Locale Adapative (RLA) combinant des mécanismes d'extension et de restriction du voisinage. L'extension du voisinage est définie par une procédure de détection de blocage de la recherche en étudiant l'historique des choix effectués par la méthode afin d'intervenir sur son comportement. Le mécanisme de restriction quant à lui est basé sur l'utilisation d'une liste Tabou à paramétrage adaptatif pour gérer l'accès aux variables. La méthode ainsi obtenue a été appliquée à deux problèmes : un problème académique, la k-coloration de graphes, et un problème réel, l'affectation de fréquences en réseaux de radiocommunications. Plusieurs variantes de RLA ont élé développées et comparées à des résultats publics sur les deux problèmes.
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Université de Franche-Comté, Université de Technologie Belfort-Montbéliard (UTBM)
/ 05-11-2008
Farooq Jawad Ahmed
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Ce travail de recherche a porté sur la modélisation des machines synchrones à aimants permanents (MSAP) lors des régimes de fonctionnements défaillants. Deux défauts fréquents et couplés dans ces machines ont été étudiés : la désaimantation des aimants et le court-circuit entre spires. L’objectif est de développer des modèles aidant à la compréhension de ces phénomènes, dans l’optique de réaliser des opérations de diagnostic mais également pour optimiser la conception de ces machines. Concernant le défaut de désaimantation, deux modèles ont été développés. Le premier est du type analytique et est basé sur la résolution des équations du potentiel vecteur dans les régions de la machine (entrefer et aimant). Le deuxième modèle, a été développé à travers la représentation de la machine à l’aide d’un réseau de perméances équivalent (RDPE). L’étude comparative entre ces derniers a montré que le modèle du RDPE est plus précis que le modèle analytique. Cet avantage du RDPE revient au fait que la géométrie réelle de la machine est prise en compte tant dis que la méthode analytique se base sur la simplification de la géométrie (lissage de l’entrefer, pas d’effets de bord). Néanmoins, le modèle analytique garde son intérêt car il offre l’avantage d’être plus rapide à exécuter et plus générique que celui du RDPE. De plus, il peut être facilement ajusté pour améliorer la précision en adaptant simplement, certains de ses harmoniques. Pour le défaut de court-circuit entre spires dans les MSAP, un modèle dynamique a été développé. Les résultats de simulation montrent qu’un court-circuit entre spires produit des ondulations de fréquence double dans le couple et la vitesse et un harmonique d’ordre 3 dans les courants. En se basant sur les modèles de la désaimantation, une technique de détection de défaut des aimants dans les MSAP, a été mise en oeuvre. Il s’agit d’une méthode d’indentification fondée sur un algorithme qui utilise comme entrées les données d’une grandeur électromagnétique de la machine telle que la FEM, pour chercher itérativement la distribution de l’induction rémanente des aimants. Les résultats obtenus montrent que cet algorithme arrive à détecter avec une certaine précision l’endroit des désaimantations. Au niveau du temps de calcul le modèle analytique et beaucoup plus rapide que le modèle RDPE. Après avoir comparé les modèles proposés avec des simulations par éléments finis, une maquette expérimentale a été mise en place afin de valider les résultats obtenus. Des essais expérimentaux sur les défauts de court-circuit ont été réalisés sur une MSAP du type : aimants insérés. Les mesures étaient en bonne corrélation avec ceux donnés par le modèle dynamique et par des simulations éléments finis. A ce jour, une technique de commande scalaire se basant sur la mesure de position à l’aide d’un résolveur a été implantée dans la maquette expérimentale. Cette dernière permet d’effectuer les tests de court-circuit sur des MSAP jusqu’à 2kW de puissance. Il reste à conduire des mesures sur une machine présentant le défaut de désaimantation, en abimant par exemple l’un des pôles de la machine actuelle.
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Université de Franche-Comté, UFC, UTBM
/ 07-07-2007
Gaud Nicolas
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Cette thèse propose un guide méthodologique pour l'analyse, la conception, l'implantation et la simulation des Systèmes Multi-Agents Holoniques (SMAH). Ce type de système repose sur une structure hiérarchique auto-similaire, une structure gigogne où les agents sont composés d'agents. La brique de construction de tels systèmes est nommée Holon. Un holon est une entité qui, selon le niveau d'observation, peut être vu, soit comme une partie composante d'un élément de niveau supérieur, soit comme un tout composé d'autres holons. Les SMAH sont utilisés pour analyser les systèmes considérés comme complexes. Ces derniers exhibent généralement une structure hiérarchique où le système est composé de sous--systèmes qui, à leur tour, ont leurs propres sous-systèmes. L'approche adoptée dans cette thèse consiste à exploiter la nature intrinsèquement hiérarchique des systèmes complexes pour les analyser et les modéliser. Afin de concevoir des modèles modulaires et réutilisables, une approche organisationnelle est adoptée. Le principe de l'analyse repose sur l'identification d'une hiérarchie d'organisations, dont le comportement globale est en mesure de représenter le système selon une certaine perspective. Les comportements du système sont récursivement décomposés en un ensemble de sous-comportements en interaction, chacun d'entre eux étant à son tour décomposé jusqu'à atteindre un niveau où les comportements correspondants peuvent être considérés comme élémentaires. A un niveau donné, le comportement composé est représenté par une organisation, et les sous-comportements associés par des rôles. Cette hiérarchie d'organisations est ensuite projetée sur une holarchie (hiérarchie de holons) en charge de lui donner vie et d'exécuter les comportements qui la composent. En sus de la modélisation des systèmes complexes, cette thèse aborde également les problématiques liées à leur simulation. Simuler précisément de tels systèmes requiert généralement d'importantes ressources de calcul. La simulation multi-niveaux permet d'obtenir un compromis entre la précision de la simulation et les ressources de calcul disponibles. L'approche défendue dans ce manuscrit exploite les propriétés des SMAH pour concevoir un modèle de simulation multi-agents multi-niveaux, lequel est ensuite appliquée à la simulation de piétons en environnements urbains visuels.
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Université de Franche-Comté, UFC, UTBM
/ 08-12-2008
Gondran Alexandre
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Le problème de planification de réseaux WLAN consiste d'une part à positionner et à paramétrer des antennes dans un bâtiment et d'autre part à leur affecter une fréquence afin d'offrir aux clients un accès sans fil au réseau local. Le réseau ainsi construit doit répondre à des critères de couverture et de qualité de service, tout en minimisant le coût financier. Notre modélisation est basée sur le calcul du débit réel offert en chaque point de demande de service du réseau. Nous montrons que ce critère de débit réel permet une modélisation complète de la qualité de service car il unifie les critères habituels de couverture, de gestion des interférences et de capacité. Notre optimisation traite simultanément le problème de placement des points d'accès et le problème d'affectation de fréquences par un algorithme Voisinages Variables Aléatoires VVA : à chaque itération de cette recherche locale le type de voisinage est tiré au hasard. Cet algorithme est très modulaire et permet facilement de combiner les deux sous problèmes (placement et affection). Ces travaux ont donné lieu à des collaborations et partenariats industriels : logiciel de planification globale des WLAN avec Orange Labs et solutions de planification séquentielle avec la start-up Trinaps. Enfin nous approfondissons la modélisation du problème en explicitant les liens entre le calcul du débit réel et les SINR. Dans une première étape, nous montrons que les contraintes de seuil sur les SINR induisent un problème de T-coloration de graphe (condition nécessaire). Pour obtenir une équivalence rendant compte des interférences multiples, une généralisation du problème de T-coloration pour les hypergraphes est introduite. Dans une seconde étape, nous définissons un algorithme déduisant les seuils de SINR à partir des contraintes sur les débits réels. Cette nouvelle modélisation est la base de nos développements futurs.
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Université de Franche-Comté, UFC, UTBM
/ 06-12-2007
Mahdjoub Morad
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Nos travaux de thèse menés au sein du laboratoire Systèmes et Transports dans l équipe Ergonomie et Conception des Systèmes traitent de la conception de systèmes mécaniques centrée sur l utilisateur. Notre recherche est plus spécifiquement orientée vers l étude des systèmes mécaniques de type poste de travail. En effet, l une des problématiques actuelles pour les industriels est de pouvoir concevoir des postes de travail en adéquation avec la composante humaine et ceci dans le but d éviter l apparition de disfonctionnements qui sont aujourd hui matérialisés par des maladies professionnelles de type Troubles Musculo-Squelettiques (1ère maladie professionnelle déclarée en France et en Europe). Nous proposons pour cela d étudier la notion d usage (ou d utilisabilité) des produits industriels à travers l intégration de la discipline ergonomie dans le processus de conception. En effet, nos travaux bien que conduits dans le domaine des Sciences Pour l Ingénieur, spécialité Génie mécanique (60ème section du CNU), ont tenté de prendre en considération le point de vue du métier ergonomie à travers une approche pluridisciplinaire. Dans ce contexte, nous positionnons notre recherche dans les domaines du Design For Ergonomics (conception pour l ergonomie) et du Design For Usability (Conception pour l utilisabilité) qui s inscrivent plus globalement dans le Design For X (Conception en vue de X). Ainsi, notre objectif est de définir des méthodes et des outils qui visent à être intégrées au processus de conception de produit pour concevoir l usage par l intégration du métier ergonomie. Pour cela, à travers une première série d expérimentations menée dans le domaine de la fabrication d articles de maroquinerie de luxe, nous étudions successivement deux hypothèses de recherche. Notre première hypothèse de recherche introduit l idée que : concevoir l usage d un système mécanique, à l état numérique, équivaut à concevoir une interaction entre l utilisateur réel et ce système. Dans cette optique de recherche, nous étudions le domaine d application du prototypage virtuel qui présente aujourd hui une montée en puissance importante grâce à la généralisation des outils de simulation numérique dans le domaine de l ingénierie mécanique et de la conception. La deuxième hypothèse de recherche consiste à étudier la contribution de la réalité virtuelle, en tant qu outil de prototypage virtuel temps réel, pour concevoir la fonction d usage d un produit donc l interaction homme/produit numérique. Dans le cadre d une deuxième série d expérimentations conduites dans le domaine de l industrie automobile et de l agroalimentaire, nous étudions une troisième hypothèse de recherche. Cette troisième hypothèse de recherche suppose que la RV peut être utilisée pour concevoir de manière interactive le couple produit/usage plus tôt dans le processus de conception et notamment durant la phase d études préliminaires. Dans un souci de généralisation de nos résultats expérimentaux, nous avons émis différentes limitations à nos résultats. Ces dernières nous ont amené à considérer l intégration de la réalité virtuelle dans le processus de conception à travers la définition d activités de conception. Nous proposons ainsi une quatrième hypothèse de recherche : la réalité virtuelle peut être intégrée, de manière structurée, au processus de conception et de développement de produits centré sur l homme . Notre contribution finale, basée sur le retour d expérience de l ensemble des expérimentations présentées, introduit donc une méthodologie originale de Conception de l Usage assistée par Réalité Virtuelle (CURV). La première originalité de nos travaux est de proposer l application de notre méthodologie à tous les stades de la conception mettant en jeu des maquettes numériques (ou prototype virtuel). Nous introduisons pour cela la notion de point de rencontre virtuel qui permet de soutenir la collaboration et l intégration des différents métiers dans la conception. La méthodologie CURV définit de manière structurée l impact des outils de RV durant le processus de conception du produit et de l usage associé. Ainsi, nous avons défini les acteurs de la conception touchés par les simulations en RV du prototype virtuel et de l usage associé mais aussi le contexte d action pour les concepteurs à travers la définition de rôles qui peuvent leur être assignés lors des simulations en RV. Nous proposons ainsi trois activités de conception mettant en oeuvre les outils de RV, dans le cadre de la méthodologie CURV, qui sont l analyse ergonomique qualitative du couple produit/usage en RV, l évaluation ergonomique quantitative du couple produit/usage en RV et la conception en RV du prototype virtuel et de l usage associé. La première activité de conception en RV propose d évaluer, de manière immersive et interactive, le couple produit/usage sur la base de commentaires subjectifs (aspects qualitatifs de l usage). La seconde originalité de nos travaux est de proposer une deuxième activité de conception, supportée par la RV, qui intègre des outils d analyses ergonomiques quantitatifs de l usage pour compléter les recommandations qualitatives déjà obtenues. La troisième originalité de nos travaux réside dans la troisième activité de conception en RV qui consiste à modifier de manière interactive et en temps réel le prototype virtuel lors des simulations en RV en fonction des évaluations ergonomiques (objectives et subjectives) précédentes. Pour cela, nous avons développé un module d assemblage en RV, de type CAO, qui permet à l ingénieur mécanicien de modifier dans une certaine limite l architecture du poste de travail virtuel. Un retour direct, des modifications apportées lors des simulations en RV, au niveau du modèle CAO natif est réalisé grâce au couplage des outils de RV et des outils de CAO paramétrée ce qui diminue en partie les problèmes d interopérabilité. Nous assurons finalement une continuité dans l évolution du prototype virtuel au cours de sa conception. En effet, les paramètres modifiés sur le prototype virtuel sont stockés dans un outil de conception collaboratif de type PLM et peuvent être réutilisés, par la suite, par d autres acteurs de la conception, assurant ainsi une mise à jour permanente des données du produit.
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Université de Franche-Comté, UFC, UTBM
/ 04-12-2008
Marsala Giuseppe
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Le sujet de thèse traite de la modélisation d’un système d’énergie avec piles à combustibles (PàC) de type PEMFC destiné à être intégré dans les véhicules électriques. Le but recherché par la réalisation de cet émulateur (objet matériel qui a le même comportement qu’un système réel) est de développer des lois de commande assurant un bon fonctionnement du système PàC. Après une étude bibliographique sur les différentes modélisations de coeur de Pile à Combustible (PàC), le choix d’un convertisseur de type Buck a été retenu et mis en oeuvre pour l’émulateur. L’originalité de ce travail réside dans la prise en compte de toutes les auxiliaires du système PàC. Les auxiliaires ont été introduites sous forme Hardware In the Loop (HIL). Pour cela l’environnement DSPACE a été utilisé. Plusieurs lois de commande et de contrôle ont été étudiées et mises en oeuvre. L’émulateur a été conçu avec une large bande passante. Le contrôle de la tension est réalisé avec la technique « State Variable Feedback », qui est capable de fixer correctement les pôles du système à boucle-fermé afin d’assurer la bande passante souhaité et le comportement à régime permanent. Le cas particulier de la gestion de l’air a été largement développé et a permis de valider le principe d’émulation retenu. En effet, différentes stratégies de commande (static feedforward, PI) ont été étudiées et comparées en utilisant une nouvelle stratégie de commande basée sur les réseaux neuronaux. Cette dernière repose sur le principe d’inversion de la relation entre la vitesse de rotation du compresseur et le coefficient de « oxygen excess ratio », dont la régulation est d’importance capitale pour éviter l’appauvrissement en oxygène de la membrane. Contexte : ce sujet est proposé dans le cadre partenariat avec Centre National de Recherche (CNR) d’Italie. Mots Clés: Système Pile à Combustible, Pile à Combustible de type PEM (Proton Exchange Membrane), Buck Convertisseur, Emulateur, Véhicule Electrique (VE), Réseaux de neurones.
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Université de Franche-Comté, UFC, UTBM
/ 08-12-2008
Meignan David
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Un objectif de cette thèse est de fournir des outils d analyse, de conception et d implantation des approches métaheuristiques pour l optimisation combinatoire en les formulant dans le cadre des systèmes multi-agents. L accent est mis sur la potentialité de mise en oeuvre distribuée des approches et sur l utilisation de techniques d apprentissage permettant d adapter dynamiquement des méthodes de recherche. Dans le cadre de cette thèse nous proposons tout d abord, un framework organisationnel et multi-agent pour la modélisation de l implantation de métaheuristiques. Ce framework nommée AMF (Agent Metaheuristic Framework), introduit un modèle organisationnel de métaheuristiques qui donne un cadre d analyse de comparaison et de conception de différentes métaheuristiques. Ensuite, nous présentons une métaheuristique fondée sur la métaphore de la coalition, CMB (Coalition Based Metaheuristic), mettant en avant l intérêt d utiliser les systèmes multi-agents pour la conception de métaheuristiques. Dans cette métaheuristique, la recherche de solution est effectuée par un ensemble d agents regroupés dans une coalition. La structure de coalition permet d intégrer naturellement au système de résolution des aspects de distribution et de décentralisation du contrôle, de même que des procédés d apprentissage individuels et collectifs. L efficacité de notre approche est évaluée expérimentalement en traitant deux problèmes d optimisation combinatoire : un problème de tournées de véhicules et un problème de positionnement.
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