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Gestion opérationnelle optimale d'un système hybride de production d'électricité déconnecté du réseau central

Nowadays, the most important challenge of West African countries is to reach a growth rate permitting them to face this dreadful calamity which is poverty. Since the end of 1970, the outlying countries have decided to put in place some adjusting plans which bring about reforms in the key fields of countries. The access of populations to the energies represent real symbol of development, electrical field is not on the leash. Since 1970’s years, Ivory Coast followed by Senegal, Mali, the Gambia and Burkina Faso have started some huge reforms: NIGER has opened its market to the independent producers, but also decided to make renewable energies a power of development of the country. In this way, a national strategy of boosting the renewable energies to fight against poverty has been set, identifying the real energetic objectives for each renewable field and especially the photovoltaic. Therefore, a lot of companies started the promotion and the vulgarization of renewable energies through NIGER. At the beginning, the first photovoltaic systems installed were specified for the eras uncovered by the electrical distributing network with self systems. However with the time, we noticed that with the technology progress appeared Hybrid systems that we are going to emphasize and those connected to distributing network. Hybrid systems are technologies that can receive a part of their energy from one or a lot of supplementary sources, which can be also independent of the distributing network. In real time, the photovoltaic generator is combined to a windmill, a fuel generator, to the distributing network or to the thrice with stocking accumulators energy. A kind of system is a good choice for applications which are in need of a high continual source of power. This system optimize the combined use of many renewable sources of energy and, or fossils and stocking way associated which prove to be a good investment for KOLLO’s Health Center.; Le plus grand challenge de l'Afrique de l'Ouest est d'atteindre un taux de croissance lui permettant de faire face à cet épouvantable fléau que représente la pauvreté. Depuis la fin des années 1970, les pays de la sous-région ont donc essayé de mettre en place des plans d'ajustement engendrant des réformes dans les secteurs clé des pays. L’accès à l'énergie des populations représentant un moteur fort de développement, le secteur de l'électricité n'y a pas échappé. Depuis les années 1990, la Côte d'Ivoire suivie par le Sénégal, le Mali, la Gambie et le Burkina Faso ont donc entamé de grandes réformes : le Niger a aussi ouvert son marché aux producteurs indépendants, mais aussi décidé de faire des énergies renouvelables, un générateur de développement du pays. Ainsi, une stratégie nationale de relance des énergies renouvelables pour la lutte contre la pauvreté a été établie, identifiant des objectifs énergétiques clairs pour chaque filière renouvelable et en particulier le photovoltaïque. C’est ainsi que plusieurs entreprises commencèrent à promouvoir et à vulgariser les énergies renouvelable de par le Niger. Au commencement, les premières installations photovoltaïques étaient plus destinées aux zones non couvertes par le Réseau de la NIGELEC avec des systèmes autonomes. Mais par la suite, nous constatèrent qu’avec le progrès de cette technologie apparurent les systèmes hybrides qui feront l’objet de notre étude et ceux raccordés au réseau national. Les systèmes hybrides sont des technologies recevant une partie de leur énergie d‘une ou plusieurs sources supplémentaires, qui peuvent être également indépendants des réseaux de distribution d‘électricité. En pratique, le générateur photovoltaïque est combiné à une éolienne, à un groupe électrogène à combustible, au réseau électrique national ou aux trois à la fois avec des accumulateurs de stockage de l‘énergie. Un tel système s‘avère un bon choix pour les applications qui nécessitent une alimentation continue d‘une puissance assez élevée. Ce système optimise l‘utilisation combinée de plusieurs sources d‘énergies renouvelables et, ou fossiles et des moyens de stockage associés qui s’avère ainsi, un bon investissement pour le CSPS de Kollo.

Embedded software has becomeessential in most industrial sectors. The latterusually involves various business knowledge.The whole system (the software and itsenvironment) is specified in a heterogeneousform, with discrete and continuous parts.Simulating these hybrid systems requiresprecise data and synchronization of continuouschanges and discrete transitions. However, inthe first design steps, missing informationforbids numerical simulation. We present in ourthesis a new qualitative language for qualitativesimulation of hybrid systems, which consists incomputing the relationships between the systemvariables. This language is implemented in theDiversity symbolic execution engine to build thetraces of the system. We apply this approach tothe analysis of SysML models, using an M2Mtransformation from SysML to a pivot language,an M2T transformation from this language toDiversity. We also analyze the brutal symbolictraces obtained by Diversity to build the realqualitative behaviors of the system., Le logiciel embarqué est devenuaujourd’hui incontournable dans la plupart dessecteurs industriels. Ce dernier fait appel engénéral à des connaissances métier différentes.L’ensemble du système (le logiciel et sonenvironnement) est ainsi spécifié d’une manièrehétérogène, avec des parties discrètes et d’autrescontinues. La simulation de ces systèmeshybrides nécessite des données précises et unesynchronisation des changements continus avecles transitions discrètes. Mais, dans les premièresphases de conception, l’absence des informationsempêche de simuler le système numériquement.Dans notre thèse, nous présentons un nouveaulangage qualitatif dédié à la simulationqualitative des systèmes hybrides. Ce nouveaulangage consiste à modéliser les relations entreles variables du système. Il est implémenté dansDiversity, un moteur d’exécution symbolique,pour construire les traces du système. Nousavons appliqué cette approche à l’analyse desmodèles SysML, en utilisant une transformationM2M à partir de SysML vers un langage pivot,une transformation M2T à partir de ce langagevers Diversity. Nous avons aussi analysé lestraces brutes de l’exécution symbolique deDiversity pour construire les comportementsqualitatifs du système.

Diesel generators are the main source of electrical energy that supply most of the remote isolated areas in the world. Unfortunately, these motors still pose enormous technical, financial and environmental challenges. Therefore, the combination of these generators with renewable sources like wind energy in a wind-diesel hybrid system (WDS) could reduce these deficits by reducing the fossil fuel consumption and the operating time of diesel engines and by shortening the operation cost and environmental harm. The intermittency of wind energy and its dissipation during windy periods require an energy storage system. In this thesis, a new wind-diesel hybrid system with adiabatic air compression and storage at constant pressure (ACPWDCAS) was proposed. This concept combines compressed air and hydro pneumatic energy storage technologies with wind-diesel system. The objective of this system is to optimize the performance of diesel engines, and minimize fuel consumption without making major changes to the architecture of these engines in remote sites. A numerical simulation, a mathematical modeling and an analysis of the possible evolution of the system are studied.; Les générateurs diesels sont la principale source d'énergie électrique qui alimente la plupart des régions éloignées et isolées dans le monde. Malheureusement, ces moteurs posent encore d'énormes défis techniques, financiers et environnementaux. Toutefois, la combinaison de ces générateurs avec des sources renouvelables comme l'énergie éolienne dans un système éoliendiesel hybride (WDS) pourrait réduire ces déficits en réduisant la consommation de combustibles fossiles et la durée de fonctionnement des moteurs diesels et en réduisant le coût de l'exploitation et les émissions nocives. L’intermittence de l'énergie éolienne et sa dissipation pendant les périodes venteuses exigent un système de stockage d'énergie. Dans cette thèse, un nouveau système hybride éolien-diesel avec compression d'air adiabatique et stockage à pression constante (ACP-WDCAS) a été proposé. Ce système combine les technologies de stockage d'énergie hydropneumatiques et les systèmes de stockage de l'énergie sous forme d’air comprimé avec le système éolien-diesel. L'objectif de ce système est d'optimiser les performances des moteurs diesel et de réduire la consommation de carburant sans apporter de modifications majeures à l'architecture de ces moteurs dans les sites isolés. Une simulation numérique, une modélisation mathématique et une analyse des évolutions possibles du systèmeseront de ce fait étudiés.

Diesel generators are the main source of electrical energy that supply most of the remote isolated areas in the world. Unfortunately, these motors still pose enormous technical, financial and environmental challenges. Therefore, the combination of these generators with renewable sources like wind energy in a wind-diesel hybrid system (WDS) could reduce these deficits by reducing the fossil fuel consumption and the operating time of diesel engines and by shortening the operation cost and environmental harm. The intermittency of wind energy and its dissipation during windy periods require an energy storage system. In this thesis, a new wind-diesel hybrid system with adiabatic air compression and storage at constant pressure (ACPWDCAS) was proposed. This concept combines compressed air and hydro pneumatic energy storage technologies with wind-diesel system. The objective of this system is to optimize the performance of diesel engines, and minimize fuel consumption without making major changes to the architecture of these engines in remote sites. A numerical simulation, a mathematical modeling and an analysis of the possible evolution of the system are studied., Les générateurs diesels sont la principale source d'énergie électrique qui alimente la plupart des régions éloignées et isolées dans le monde. Malheureusement, ces moteurs posent encore d'énormes défis techniques, financiers et environnementaux. Toutefois, la combinaison de ces générateurs avec des sources renouvelables comme l'énergie éolienne dans un système éoliendiesel hybride (WDS) pourrait réduire ces déficits en réduisant la consommation de combustibles fossiles et la durée de fonctionnement des moteurs diesels et en réduisant le coût de l'exploitation et les émissions nocives. L’intermittence de l'énergie éolienne et sa dissipation pendant les périodes venteuses exigent un système de stockage d'énergie. Dans cette thèse, un nouveau système hybride éolien-diesel avec compression d'air adiabatique et stockage à pression constante (ACP-WDCAS) a été proposé. Ce système combine les technologies de stockage d'énergie hydropneumatiques et les systèmes de stockage de l'énergie sous forme d’air comprimé avec le système éolien-diesel. L'objectif de ce système est d'optimiser les performances des moteurs diesel et de réduire la consommation de carburant sans apporter de modifications majeures à l'architecture de ces moteurs dans les sites isolés. Une simulation numérique, une modélisation mathématique et une analyse des évolutions possibles du systèmeseront de ce fait étudiés.

International audience; The modeling and simulation of cyber-physical systems (as smart-grids) is becoming an essential step of their construction process. One central challenge is to integrate in a consistent way each domain and point of view on the target system, each already having its own formalisms and modeling tools.This article presents the benefits of a DEVS wrapping based co-simulation platform (MECSYCO) in terms of integration of the heterogeneity of models and simulators: formalisms, time and data representations, software, etc. The platform provides modularity in the modeling ans simulaiton process: incrementalaty, simulators, exchanges, etc.We show how we have integrated tools like NS3 and OMNET++/INET (reference tools for IP network modeling), or simulation standard such as FMU in our platform and how they can be used in co-simulations.An hybrid co-simulation use case is presented to illustrate our proposal.; La modélisation et simulation des systèmes cyber-physiques, comme les réseaux électriques intelligents, devient une étape préalable incontournable à leur réalisation. Un défi central est alors d'intégrer de manière cohérente les différents domaines d'expertise et les différents points de vue sur le système cible, chacun disposant déjà de ses propres outils et formalismes.Cet article présente l'intérêt de la plateforme de co-simulation MECSYCO, basée sur le wrapping DEVS, en termes d'intégration de l'hétérogénéité des modèles et des simulateurs : formalismes, représentation du temps et des données, logiciels, etc. La plateforme permet également la modularité de la démarche de conception M\&S : incrémentalité, remplacement de simulateurs, etc. Nous montrons comment nous avons réalisé l'intégration d'outils de simulation existants de référence dans le domaine des réseaux IP (e.g. NS-3) ou des standards de la simulation (e.g. FMU) dans la plateforme et comment il est possible de les utiliser pour la co-simulation. Nous nous appuyons sur un cas d'usage de co-simulation hybride de bâtiments intelligents pour illustrer nos propositions.

In this thesis, the master-slave synchronization problem of continuous Piecewise Linear (PWL) systems is solved using the Lyapunov theory and the LMI tools. New synchronization conditions are established for the following three classes of PWL systems: the controlled systems, the chaotic systems and finally the uncertain chaotic systems with bounded uncertainties. The new synchronization conditions are formulated in the form of LMIs using the principle of the Lyapunov stability and using the S-procedure principle., Cette thèse apporte une contribution à la théorie de la synchronisation des systèmes PWL de type continu, classe particulière des systèmes hybrides. De nouvelles conditions de synchronisation maître-esclave sont établies pour les trois cas de systèmes suivants : les systèmes contrôlés, les systèmes chaotiques et enfin les systèmes chaotiques incertains avec incertitudes bornées en norme. Les nouvelles conditions de synchronisation établies sont formulées sous forme de LMIs en utilisant le principe de la stabilisation de l’erreur de synchronization au sens de Lyapunov et le principe de la S-procédure.

This study takes place in the field of system health management, which aims at developing maintenance aid tools, but also at improving the systems autonomous decision-making in case of failures. In this context, diagnostic techniques determine whether and why the system is down, while prognostic techniques determine when failures will occur and their consequences. If they seem to be correlated, they are usually studied separately because the time scales manipulated by the two processes are very different. This work aims at developing a tool that integrates both diagnosis and prognosis methods for the monitoring of hybrid systems, whose dynamics are both continuous and discrete. The proposed methodology, based on hybrid particle Petri nets, is applied to a planetary rover to demonstrate its usability in real cases through the management of knowledge-based and data-based uncertainty; Cette étude s’inscrit dans le domaine de la gestion de santé des systèmes, qui vise à développer des outils d’aide à la maintenance, mais également à améliorer les prises de décision en autonomie des systèmes en cas de pannes. Dans ce cadre, des techniques de diagnostic déterminent si et pourquoi le système est en panne, alors que des techniques de pronostic déterminent quand les pannes vont survenir et leurs conséquences. Si elles semblent être corrélées, elles sont généralement étudiées séparément, car les échelles de temps manipulées par les deux processus sont très différentes.Ces travaux ont pour objectif de développer un outil intégrant les méthodes de diagnostic et de pronostic pour la surveillance des système hybrides, dont les dynamiques sont à la fois continues et discrètes. La méthodologie proposée, basée sur les réseaux de Petri hybrides particulaires, est appliquée sur un rover planétaire pour démontrer son utilisabilité en cas réel à travers la gestion des incertitudes liées au système et aux données

This study takes place in the field of system health management, which aims at developing maintenance aid tools, but also at improving the systems autonomous decision-making in case of failures. In this context, diagnostic techniques determine whether and why the system is down, while prognostic techniques determine when failures will occur and their consequences. If they seem to be correlated, they are usually studied separately because the time scales manipulated by the two processes are very different. This work aims at developing a tool that integrates both diagnosis and prognosis methods for the monitoring of hybrid systems, whose dynamics are both continuous and discrete. The proposed methodology, based on hybrid particle Petri nets, is applied to a planetary rover to demonstrate its usability in real cases through the management of knowledge-based and data-based uncertainty; Cette étude s’inscrit dans le domaine de la gestion de santé des systèmes, qui vise à développer des outils d’aide à la maintenance, mais également à améliorer les prises de décision en autonomie des systèmes en cas de pannes. Dans ce cadre, des techniques de diagnostic déterminent si et pourquoi le système est en panne, alors que des techniques de pronostic déterminent quand les pannes vont survenir et leurs conséquences. Si elles semblent être corrélées, elles sont généralement étudiées séparément, car les échelles de temps manipulées par les deux processus sont très différentes.Ces travaux ont pour objectif de développer un outil intégrant les méthodes de diagnostic et de pronostic pour la surveillance des système hybrides, dont les dynamiques sont à la fois continues et discrètes. La méthodologie proposée, basée sur les réseaux de Petri hybrides particulaires, est appliquée sur un rover planétaire pour démontrer son utilisabilité en cas réel à travers la gestion des incertitudes liées au système et aux données

To maintain the voltage within specified limits, local control laws of distributed generators (DGs) reactive power (Q) with respect to their voltage (U) have been considered. This work studies the impact of Q(U) control laws on distribution feeders’voltage stability. An empirical study confirms the risk of voltage instability and highlights its dependence on control law parameters. To help distribution grid operators to choose these parameters, three methods assessing stability are formulated.First, a formal method based on discrete abstraction and bisimulation calculation is developed. The proposed approach yields precise results but with a high computational load. Then, to overcome this issue, an analytical criterion adapting Q(U) control laws response time with respect to grid parameters is formulated. Finally, a general criterion, valid in any cases, is established in order to be included in the grid codes. To conclude this work, extension to more complex cases is discussed., Pour maintenir la tension dans des bornes admissibles, des régulations locales de puissance réactive (Q) en fonction de la tension (U) sont envisagées sur les réseaux de distribution. Ces travaux étudient l’impact de ces régulations sur la stabilité des réseaux de distribution accueillant de la production. Une étude empirique confirme le risque d’instabilité de la tension et souligne le lien avec les paramètres de la régulation. Pour aider les gestionnaires à les choisir, trois méthodes d’étude de la stabilité sont proposées. Tout d’abord, une méthode formelle fondée sur les notions d’abstraction discrète et de bisimulation est développée. Elle offre une grande précision au prix d’un effort de calcul important. Pour contournercette difficulté, un critère analytique portant sur le temps de réponse des régulations Q(U) est formulé. Ensuite, un critère valable dans tous les cas est proposé pour les codes de réseaux. Enfin, l’extension desméthodes à des cas plus complexes est discutée.

Colloque avec actes et comité de lecture. internationale.; International audience; Le paradigme holonique a été largement étudié dans le cadre de la production manufacturière. Ces productions sont de type discrètes, car les opérations incluses dans les gammes ne mettent pas en jeu de variables à évolution continue. Une classe différente de systèmes est étudiée ici, les systèmes hybrides, qui englobe l’ensemble des systèmes ayant une évolution continue par morceaux, et dont les changements sont liés à l’évolution de variables discrètes. Dans ce cas, une reconfiguration du système est généralement nécessaire, et le paradigme holonique est une réponse pertinente au besoin de flexibilité en découlant. Ce papier propose l’adaptation d’une architecture de référence connue de la littérature discrète au cas des systèmes hybrides. Le modèle proposé est composé de l’union du modèle hybride et du modèle holonique, où le contrôleur proposé est représenté par l’holon Produit et l’holon Ordre, l'interface est représentée par la partie logique du holon Ressources et le système de production est représenté par la partie physique du holon ressource. La spécification d’holon produit utilisée est orientée services, et la spécification d’holon ressource est une abstraction de la partie physique de la ressource contenant tous les modèles de conversion d’état discret vers l’état continu et vice-versa. Un cas d’étude s’appuyant sur un système de commutations d’arrivées a été choisi.

This work deals with the study of electrode materials for supercapacitors. These storage devices have a significant power density of several kW/kg. Asymmetric systems have been developed in order to increase the energy density of these components while trying to maintain a high power density. They consist of a classic capacitive electrode made of activated carbon and a faradaic electrode. Two approaches have been broached regarding that non-blocking electrode: • Mainly, the use of lithium titanate Li4Ti5O12 which is a lithium insertion material usually used in Li-ion battery electrodes. It appeared that for hybrid systems including a negative electrode only made of Li4Ti5O12, the energy density is greatly reduced beyond 1 kW/kg. The use of composite negative electrodes made of activated carbon and Li4Ti5O12 is recommended so as to maintain good performances both in energy and power. Thus, for a power density of 2 kW/kg, the energy density of the developed hybrid system remains 1.5 superior to the one of an activated carbon / activated carbon symmetric system tested in the same conditions. • Secondly, the use of manganese dioxide MnO2, a pseudo-capacitive material involving redox reactions. The study has been focused on the synthesis of the metal oxide and then on the synthesis of a composite material by self-assembly. The aim is to aggregate small manganese dioxide particles around a carbon backbone. Such a microstructure offers a high specific surface area of active material directly in contact with a network having a good electronic conductivity. The obtained MnO2 + VGCF composite material has been tested as positive electrode in an asymmetric system, facing an activated carbon electrode. Thus, the stability window of the aqueous electrolyte has been multiplied by 1.5 compared to an activated carbon / activated carbon system. Finally, diamond has been considered as a supercapacitor electrode material in an explorative view since it offers a wide electrochemical stability window in water (around 3 V). The interest for tridimensional structures has been evidenced, e.g. a “needles” architecture allows to obtain a surfacic capacity ten times higher than the one obtained with a flat architecture., Ces travaux de thèse portent sur l'étude de matériaux d'électrodes de supercondensateurs. Ce sont des dispositifs de stockage qui possèdent une densité de puissance importante de l'ordre de plusieurs kW/kg. Des systèmes asymétriques ont été développés dans le but d'augmenter la densité d'énergie de ces dispositifs, tout en essayant de maintenir une densité de puissance élevée. Ils font intervenir une électrode capacitive classique de carbone activé et une électrode faradique. Concernant cette électrode non-bloquante, deux orientations ont été abordées : • Principalement, l'utilisation de titanate de lithium Li4Ti5O12 qui est un matériau d'insertion du lithium habituellement utilisé dans les électrodes de batteries Li-ion. Il est apparu que pour les systèmes hybrides comportant une électrode négative composée uniquement de Li4Ti5O12, la densité d'énergie chute fortement au-delà de 1 kW/kg. L'utilisation d'électrodes négatives composites carbone activé + Li4Ti5O12 est donc préconisée pour maintenir de bonnes performances à la fois en énergie et en puissance. Ainsi, pour une densité de puissance de 2 kW/kg, la densité d'énergie du système hybride développé est encore 1,5 fois supérieure à celle d'un système symétrique carbone activé / carbone activé testé dans les mêmes conditions. • En second plan, l'utilisation du dioxyde de manganèse MnO2, matériau pseudo-capacitif qui fait intervenir des réactions redox. L'étude a porté sur la synthèse de l'oxyde métallique puis sur celle d'un matériau composite réalisé par auto-assemblage. Le but est d'agréger de fines particules de dioxyde de manganèse autour d'un squelette carboné. Une telle microstructure présente l'avantage d'offrir une grande surface spécifique de matière active directement en contact avec un réseau possédant une bonne conductivité électronique. Le matériau composite MnO2 + VGCF obtenu a été testé en électrode positive dans un système asymétrique face à une électrode négative de carbone activé. Cela a permis de multiplier par 1,5 l'étendue de la fenêtre de stabilité de l'électrolyte aqueux par rapport à un système carbone activé / carbone activé. Enfin, dans une optique exploratoire, l'utilisation du diamant en tant que matériau d'électrode de supercondensateur a été étudiée puisqu'il présente dans l'eau une fenêtre de stabilité électrochimique importante d'environ 3 V. L'intérêt de synthétiser des structures tridimensionnelles a été mis en évidence, en particulier une architecture de diamant « en aiguilles » permet de multiplier par 10 la capacité surfacique par rapport à une architecture plane.

La connaissance des paramètres d’un module solaire est essentielle pour la conception, le contrôle de la qualité des modules PV et pour l’évaluation de leur performance. Ces paramètres sont souvent déterminés expérimentalement sous un éclairement et une température donnée. En effet nous avons développé un modèle explicite pour simuler la caractéristique I-V d’un module PV, ainsi qu’une nouvelle méthode basée sur des modèles analytiques, qui permet la détermination des paramètres de pertes de puissance d’un module PV et une autre méthode suggérée afin de résoudre la problématique liée au modèle standard d’une diode, qui réside dans les paramètres figurant dans le modèle. Deux autres nouveaux modèles de la puissance maximale fournie par un module photovoltaïque ont été développés, qui mettent en évidence l’influence des résistances Rs, Rp et la tension thermique. Par contre notre contribution en énergie éolienne a été porté sur la modélisation de la courbe de puissance d’un système de conversion d’énergie éolienne, un modèle parabolique a été présenté, qui a été confronté à d’autre modèle parabolique et cubique, également une méthode destinée pour aider au choix du modèle de l’éolienne à installer à un site donné. De même la comparaison entre les différentes méthodes de calcul du facteur d’appareillement entre éolienne et site afin de déduire la méthode la plus adéquate. Afin de rendre utile ses formes d’énergie en minimisant le coût, on a recours au système d’énergie hybride. Les systèmes hybrides peuvent constituer un complément ou une alternative aux groupes électrogènes diesels destinés généralement pour alimentation électrique des régions isolées. Les systèmes d’énergie hybride sont habituellement élaborés pour répondre aux besoins énergétiques de l’électrification des maisons autonome ou l’électrification complète de villages isolés ou de petites îles. Les principales notions liées à la technologie utilisée dans les systèmes hybrides ont été donnés, ainsi que les différents types d’architectures existants, les outils dimensionnement des systèmes hybrides composés d’un champ PV, éoliennes, générateur diesel et le système de stockage d’énergie, une attention particulière a été consacrée à ce type de sources et au stockage. Egalement les problèmes et les stratégies de commande habituelles de ce genre de systèmes ont été présentés. Nous avons dimensionné un système hybride constitué de systèmes de conversion d’énergie renouvelable, PV, éolien, un système d’énergie conventionnel (générateur diesel) et le système de stockage en utilisant l’outil de simulation le logiciel HOMER. L’étude de ce système hybride est assignée pour alimenter une charge électrique en basse tension d’un village isolé de la préfecture de Tindouf a été réalisée.Abstract The knowledge of the parameters of a solar module is essential for the design, the quality control of PV modules and for the evaluation of their performance. These parameters are often determined in experiments under an illumination and a given temperature. Indeed we developed an explicit model to simulate Photovoltaic module characteristic IV, as well as a new method based on analytical models, which allows the determination of the loss parameters of a PV module and another method suggested in order to solve the problems related to the standard diode model , which resides in the parameters appearing in the model. Two other new power models provided by a photovoltaic module were developed, which highlight the influence of the loss parameters characterized by series resistance Rs, parallel resistance RP and the ideality factor of the diode or the thermal tension on the power generated by a module. On the other hand our contribution in wind power was related to the modeling of the power curve of a wind conversion system, a parabolic model was presented, which was confronted with other parabolic models, also a method intended to contribute to match between the wind turbines-sites. In the same way the comparison enters the various methods of the capacity factor calculation in order to deduce the most adequate method. In order to make useful his forms of energy by minimizing the cost, one has recourse to the energy hybrid system. Hybrid system makes sign with the electric systems generation by combination of several sources. The hybrid systems can constitute an alternative to the power generating units diesels generally intended for power supply of the isolated areas. The hybrids systems are usually worked out to answer the energy needs for the autonomous electrification or the complete electrification of insulated villages or small islands. The principal concepts related to the technology used in the hybrid systems were given, as well as the various of architectures existing, the sizing tools of the hybrid systems composed of a PV array, wind turbine, genset and the storage system, a detailed attention was devoted to this sources and storage. Also the problems and the usual strategies of ordering of this kind of systems were presented. We sized a hybrid system made up of renewable energy conversion systems, PV array, wind, genset and the storage system by using the HOMER software. The study of this hybrid system is assigned to feed an electric load in low voltage of an isolated village from the Tindouf prefecture was carried out

Ce manuscrit présente des résultats de recherche concernant une certaine classe de systèmes hybrides. Les systèmes hybrides peuvent être utilises pour la modélisation de systèmes physiques complexes et hétérogènes dont l’évolution dans le temps présente des phénomènes discrets, tels que les commutations des convertisseurs ou les impacts des systèmes mécaniques. De la même manière, la théorie hybride peut être utilisée pour concevoir des contrôleurs hybrides, en général plus performants par rapport aux contrôleurs a temps continu. Dans ce cadre, les résultats de ce manuscrit peuvent être divises en trois parties. D'abord des résultats de stabilité par rapport à un indice de performance de type Hinfini sont présentes pour une classe plutôt large de systèmes hybrides Ensuite, nous introduisons de nouvelles architectures de contrôleurs hybrides pour les systèmes à temps continu caractérisées par le fait que leur état peut être réinitialisé en fonction de la trajectoire. Enfin, nous présentons une technique de synthèse convexe pour la conception d'un contrôleur hybride multi-objectif. La comparaison avec les résultats classique met en évidence les avantages en termes de performance par rapport aux contrôleurs a temps continu classiques, tout en préservant la propriété de robustesse et la simplicité de conception. Bien que la théorie hybride soit en plein développement, ces travaux généralisent certains résultats existants, en améliorant la simplicité d’implémentation des solutions grâce à l'utilisation de la programmation semi-definie. En plus les architectures de contrôleurs hybrides présentées ont l'avantage de simplifier la généralisation de quelques résultats classiques concernant la synthèse optimale par rapport à des indices de performance communs. This dissertation presents some results on hybrid systems. Hybrid systems can be used to model complex physical and heterogeneous systems whose time evolution experiences discrete phenomena, such as commutations in electronic converters or impacts in mechanical systems. In the meantime the hybrid theory can be used to design hybrid controllers which exhibit better performance than the classical continuous-time controllers. In this context, the results in this dissertation can be divided en three parts. First, some stability results with respect to the Hinfinity performance index are presented for a wide class of hybrid controllers. Second, we introduce new hybrid controller architectures for continuous-time systems, where the state ofthe hybrid controller can be reinitialized depending on the trajectory of the system. Finally, we present a convex synthesis of a multiobjective hybrid controller. The comparisons with the classical results show the improvements that can be achieved with hybrid controllers, maintaining the property of robustness and simplicity of design. Although the hybrid theory is in full development, this work generalizes some existing results by improving the simplicity of their usage by means of semidefinite programming tools. Moreover some hybrid architectures are able to generalize some classic results regarding the optimal synthesis with respect to popular performance indexes.

In this thesis, we study the control of a class of hybrid dynamic systems (HDS). The chosen modeling tool is the rectangular hybrid automaton (RHA) for his analysis power. We propose a method for the control synthesis of HDS modeled with RHA. This method consists on the application of a downstream/upstream offline control procedure that determines in a maximal permissive way the new automaton transition guards respecting the desired control specifications. All computations are based on the determination of the duration of stay, a value constrained by the reachable space of the corresponding location. Since the guard refers to both continuous state and discrete event, the control is made by the latter because it is the controllable element. Then we are interested in the construction of the timed controller authorizing the system controllable event occurrence in a clock interval defined in a maximal permissive way.; Notre travail de recherche concerne l’étude de la commande à base de modèles pour une sous-classe de systèmes dynamiques hybrides (SDH). L’outil de modélisation choisi est l’automate hybride rectangulaire (AHR) pour sa puissance d’analyse. Nous proposons ainsi une méthode pour la synthèse de la commande des SDH modélisés par des AHR. Cette méthode repose sur l’application d’une procédure amont/aval de commande hors-ligne qui détermine d’une façon maximale permissive les nouvelles gardes de transition de l’automate respectant des spécifications de commande imposées par l’utilisateur. Tous les calculs réalisés reposent sur la détermination de la durée de séjour, valeur contrainte par l’espace atteignable du sommet correspondant. La garde portant à la fois sur l’état continu et sur l’événement discret, la commande se fait par ce dernier car il s’agit du seul élément contrôlable. Nous nous intéressons alors à la construction du contrôleur temporisé autorisant l’occurrence des événements contrôlables du système dans un intervalle d’horloge défini au sens de la maximale permissivité.

Lately, power supply systems, guaranteeing the global stability for large enough operation ranges with good dynamic performances (small settling time, bounded overshoot of the output voltage in the presence of load or supply voltage variations), are strongly needed. Therefore, this thesis deals with control problems of DC-DC power converters represented by hybrid models.Considering the variable structure of these switched systems, a hybrid model describes more precisely the converter’s dynamics in its operating domain. From this perspective, a PWA (piecewise affine) approximation is used in order to model the DC-DC converters. Based on the developed hybrid models, first we have designed a stable piecewise linear state-feedback controller using piecewise quadratic (PWQ) Lyapunov functions, and secondly, we have implemented an explicit predictive control law taking into account constraints on the control input. The hybrid modeling technique and the proposed control strategies were applied on two different topologies of converters: a buck converter, in order to have a thorough knowledge of the controllers’ tuning, and a flyback converter with an input filter. This last topology, allowed us to manage different control problems (non-minimum phase behavior) encountered in the majority of topologies of DC-DC power converters. The controllers’ performances were validated in simulation on both considered topologies and also experimentally on buck converter., Actuellement la nécessité des systèmes d’alimentation d’énergie, capables d’assurer un fonctionnement stable dans des domaines de fonctionnement assez larges avec des bonnes performances dynamiques (rapidité du système, variations limitées de la tension de sortie en réponse aux perturbations de charge ou de tension d’alimentation), devient de plus en plus importante. De ce fait, cette thèse est orientée sur la commande des convertisseurs de puissance DC-DC représentés par des modèles hybrides.En tenant compte de la structure variable de ces systèmes à commutation, un modèle hybride permet de décrire plus précisément le comportement dynamique d’un convertisseur dans son domaine de fonctionnement. Dans cette optique, l’approximation PWA est utilisée afin de modéliser les convertisseurs DC-DC. A partir des modèles hybrides développés, on s’est intéressé à la stabilisation des convertisseurs au moyen des correcteurs à gains commutés élaborés sur la base de fonctions de Lyapunov PWQ, et à l’implantation d’une commande prédictive explicite, en considérant des contraintes sur l’entrée de commande. La méthode de modélisation et les stratégies de commande proposées ont été appliquées sur deux topologies : un convertisseur buck, afin de mieux maîtriser le réglage des correcteurs et un convertisseur flyback avec filtre d’entrée. Cette dernière topologie nous a permis de répondre aux difficultés du point de vue de la commande (comportement à déphasage non-minimal) rencontrées dans la majorité des convertisseurs DC-DC. Les performances des commandes élaborées ont été validées en simulation sur les topologies considérées et expérimentalement sur une maquette du convertisseur buck.

Hybrid systems posess a continuous and discrete behavior. This behavior is partially determined by temporal constraints, and/or interactions of the system with a physical environment by means of sensors and actuators. Hybrid systems include some industrial plant control software and home automation systems. The validation of hybrid systems is a crucial problem since they may be used in safety critical applications (a safety critical system is a system whose failure may lead to unacceptable financial or human costs). This validation raises several problems; in particular a complete description of the system to be validated is not always available. Its complexity may also prevent establishing the correction of the system with certainty (if for exampl a full proof computation requires too much time or equipment). Therefore we are interested in validating hybrid systems specified by a set of safety properties. A safety property is a requirement that constrains only some aspect of the system behavior and can be fullfilled by several implementations. It may for example specify the expected reaction of the system under specific circumstances or constrain the set of values that a variable is allowed to take. The work presented in this document is a functional testing approach aimed at allowing the validation of hybrid systems for which a specification composed of hybrid safety properties is available. Validation consists in verifying that the system satisfies its specification and therefore the needs that motivated its design (assuming the specification actually matches these needs).; On nomme systèmes hybrides les systèmes qui intègrent des comportements continus et discrets. Leur comportement est en partie déterminé par des contraintes temporelles et/ou leur interaction avec un environnement physique via l'utilisation de capteurs et d'actionneurs. Il peut s'agir par exemple d'équipements de contrôle de procédés industriels ou de services domotiques. La validation de ces systèmes est un problème crucial, car ils sont parfois utilisés au sein d'applications où la sûreté de fonctionnement est critique (un système critique est un système dont la défaillance peut entraîner des blessures ou la mort d'êtres humains). Cette validation soulève plusieurs problèmes ; en particulier, une description détaillée du système à valider n'est pas toujours disponible, ou celle-ci est trop complexe pour qu'il soit possible en pratique d'établir avec certitude sa correction (par exemple parce que cette vérification exhaustive nécéssite des ressources en temps ou en matériel trop importantes). Dans ces conditions, nous nous intéressons à la validation de systèmes hybrides spécifiés par un ensemble de propriétés de sûreté. Une propriété de sûreté est une exigence portant sur le comportement du système qui ne contraint pas entièrement ce comportement, mais en spécifie des aspects particuliers. Elle peut ainsi porter sur la réaction attendue du système en réponse à une suite d'événements donnée, ou imposer des limites à l'évolution des grandeurs environnementales qu'il contrôle. Le travail présenté dans ce document consiste en une approche de test fonctionnel, destinée à permettre la validation de systèmes hybrides pour lesquels on dispose d'une spécification composée de propriétés de sûreté. La validation consiste à vérifier que le système satisfait à sa spécification, et donc aux besoins qui motivent sa création (sous réserve que la spécification traduise correctement les besoins).

Hybrid systems posess a continuous and discrete behavior. This behavior is partially determined by temporal constraints, and/or interactions of the system with a physical environment by means of sensors and actuators. Hybrid systems include some industrial plant control software and home automation systems. The validation of hybrid systems is a crucial problem since they may be used in safety critical applications (a safety critical system is a system whose failure may lead to unacceptable financial or human costs). This validation raises several problems; in particular a complete description of the system to be validated is not always available. Its complexity may also prevent establishing the correction of the system with certainty (if for exampl a full proof computation requires too much time or equipment). Therefore we are interested in validating hybrid systems specified by a set of safety properties. A safety property is a requirement that constrains only some aspect of the system behavior and can be fullfilled by several implementations. It may for example specify the expected reaction of the system under specific circumstances or constrain the set of values that a variable is allowed to take. The work presented in this document is a functional testing approach aimed at allowing the validation of hybrid systems for which a specification composed of hybrid safety properties is available. Validation consists in verifying that the system satisfies its specification and therefore the needs that motivated its design (assuming the specification actually matches these needs).; On nomme systèmes hybrides les systèmes qui intègrent des comportements continus et discrets. Leur comportement est en partie déterminé par des contraintes temporelles et/ou leur interaction avec un environnement physique via l'utilisation de capteurs et d'actionneurs. Il peut s'agir par exemple d'équipements de contrôle de procédés industriels ou de services domotiques. La validation de ces systèmes est un problème crucial, car ils sont parfois utilisés au sein d'applications où la sûreté de fonctionnement est critique (un système critique est un système dont la défaillance peut entraîner des blessures ou la mort d'êtres humains). Cette validation soulève plusieurs problèmes ; en particulier, une description détaillée du système à valider n'est pas toujours disponible, ou celle-ci est trop complexe pour qu'il soit possible en pratique d'établir avec certitude sa correction (par exemple parce que cette vérification exhaustive nécéssite des ressources en temps ou en matériel trop importantes). Dans ces conditions, nous nous intéressons à la validation de systèmes hybrides spécifiés par un ensemble de propriétés de sûreté. Une propriété de sûreté est une exigence portant sur le comportement du système qui ne contraint pas entièrement ce comportement, mais en spécifie des aspects particuliers. Elle peut ainsi porter sur la réaction attendue du système en réponse à une suite d'événements donnée, ou imposer des limites à l'évolution des grandeurs environnementales qu'il contrôle. Le travail présenté dans ce document consiste en une approche de test fonctionnel, destinée à permettre la validation de systèmes hybrides pour lesquels on dispose d'une spécification composée de propriétés de sûreté. La validation consiste à vérifier que le système satisfait à sa spécification, et donc aux besoins qui motivent sa création (sous réserve que la spécification traduise correctement les besoins).

In this thesis, we study the control of a class of hybrid dynamic systems (HDS). The chosen modeling tool is the rectangular hybrid automaton (RHA) for his analysis power. We propose a method for the control synthesis of HDS modeled with RHA. This method consists on the application of a downstream/upstream offline control procedure that determines in a maximal permissive way the new automaton transition guards respecting the desired control specifications. All computations are based on the determination of the duration of stay, a value constrained by the reachable space of the corresponding location. Since the guard refers to both continuous state and discrete event, the control is made by the latter because it is the controllable element. Then we are interested in the construction of the timed controller authorizing the system controllable event occurrence in a clock interval defined in a maximal permissive way., Notre travail de recherche concerne l’étude de la commande à base de modèles pour une sous-classe de systèmes dynamiques hybrides (SDH). L’outil de modélisation choisi est l’automate hybride rectangulaire (AHR) pour sa puissance d’analyse. Nous proposons ainsi une méthode pour la synthèse de la commande des SDH modélisés par des AHR. Cette méthode repose sur l’application d’une procédure amont/aval de commande hors-ligne qui détermine d’une façon maximale permissive les nouvelles gardes de transition de l’automate respectant des spécifications de commande imposées par l’utilisateur. Tous les calculs réalisés reposent sur la détermination de la durée de séjour, valeur contrainte par l’espace atteignable du sommet correspondant. La garde portant à la fois sur l’état continu et sur l’événement discret, la commande se fait par ce dernier car il s’agit du seul élément contrôlable. Nous nous intéressons alors à la construction du contrôleur temporisé autorisant l’occurrence des événements contrôlables du système dans un intervalle d’horloge défini au sens de la maximale permissivité.

This study deals with observability problems and control of the parallel multicell chopper. In the area of strong currents with high switching frequencies, new structures based on the combination of components have been developed. This type of chopper is a DC/DC static power converter which has an output current equals to n (n is the number of cells) times the source current. After recalling the dynamical equations of the converter, its hybrid dynamical behaviour and properties are highlighted. This particular hybrid system induces new and difficult observability problems, such problem can be tackled by a new observability concept [the Z(TN)-observability]. However, for a large number of switching cells in parallel, the complexity of the system makes it impossible to predict the transient behaviour of the converter and therefore all predimensioning. The main disadvantage of this type of converter is the imbalance branches of current with increasing number of cells. Therefore modelling and control with Petri net is proposed to solve the problems of imbalanced of currents and the voltage output regulation with variation of the load. The authors approaches are attested by several numerical simulations and experimental results considering noisy measurements and load variations., Les convertisseurs de puissance multicellulaires trouvent une place privilégiée dans le contrôle des systèmes de très forte puissance. Dans ce travail de thèse une nouvelle classe de convertisseurs de puissance est étudiée les Convertisseurs Multicellulaires Parallèles (CMP). La topologie de ces convertisseurs repose sur une association de n cellules de commutationinterconnectées par l'intermédiaire d'inductances indépendantes, appelées aussiinductances de liaison. Le CMP permet d'atteindre un courant de sortie égal à n fois le courant d'entrée du convertisseur, l'inconvénient majeur de ce type de convertisseur est le déséquilibrage des courants de branches . Dans le but de réduire et d'économiser le nombre de capteurs, nous avons proposé dans la première partie de la thèse une analyse d'observabilité spécifique à une classe de système dynamique hybride appelée Z(TN)-Observability et synthétisé un observateur hybride en utilisant l'algorithme super twisting. La deuxièmepartie du travail a été consacrée à la synthèse d'une loi de commande pour la régulation des courants de branches. En effet, le régulateur proposé est un régulateur hybride en basant sur la modélisation par réseaux de pétri de l'algorithme de contrôle. Enfin, Les deux parties théoriques sont suivies par une réalisation pratique d'un CMP à trois cellules de commutation pour valider les deux approches proposées. Les résultats expérimentaux nous ont montré les performances de l'observateur et le régulateur de courant et de tension de sortie.

This study deals with observability problems and control of the parallel multicell chopper. In the area of strong currents with high switching frequencies, new structures based on the combination of components have been developed. This type of chopper is a DC/DC static power converter which has an output current equals to n (n is the number of cells) times the source current. After recalling the dynamical equations of the converter, its hybrid dynamical behaviour and properties are highlighted. This particular hybrid system induces new and difficult observability problems, such problem can be tackled by a new observability concept [the Z(TN)-observability]. However, for a large number of switching cells in parallel, the complexity of the system makes it impossible to predict the transient behaviour of the converter and therefore all predimensioning. The main disadvantage of this type of converter is the imbalance branches of current with increasing number of cells. Therefore modelling and control with Petri net is proposed to solve the problems of imbalanced of currents and the voltage output regulation with variation of the load. The authors approaches are attested by several numerical simulations and experimental results considering noisy measurements and load variations., Les convertisseurs de puissance multicellulaires trouvent une place privilégiée dans le contrôle des systèmes de très forte puissance. Dans ce travail de thèse une nouvelle classe de convertisseurs de puissance est étudiée les Convertisseurs Multicellulaires Parallèles (CMP). La topologie de ces convertisseurs repose sur une association de n cellules de commutationinterconnectées par l'intermédiaire d'inductances indépendantes, appelées aussiinductances de liaison. Le CMP permet d'atteindre un courant de sortie égal à n fois le courant d'entrée du convertisseur, l'inconvénient majeur de ce type de convertisseur est le déséquilibrage des courants de branches . Dans le but de réduire et d'économiser le nombre de capteurs, nous avons proposé dans la première partie de la thèse une analyse d'observabilité spécifique à une classe de système dynamique hybride appelée Z(TN)-Observability et synthétisé un observateur hybride en utilisant l'algorithme super twisting. La deuxièmepartie du travail a été consacrée à la synthèse d'une loi de commande pour la régulation des courants de branches. En effet, le régulateur proposé est un régulateur hybride en basant sur la modélisation par réseaux de pétri de l'algorithme de contrôle. Enfin, Les deux parties théoriques sont suivies par une réalisation pratique d'un CMP à trois cellules de commutation pour valider les deux approches proposées. Les résultats expérimentaux nous ont montré les performances de l'observateur et le régulateur de courant et de tension de sortie.

In this thesis, we presented our contributions to the formal analysis of dynamical systems. We focused on the problem of efficiently computing an accurate approximation of the reachable sets under nonlinear dynamics given by differential equations. Our aim was also to design scalable methods which can handle large systems. The first contribution of this thesis concerns the dynamic hybridization technique for a large class of nonlinear systems. We focused on the hybridization domain construction such that the linear interpolation realized in this domain ensures a desired error between the original system trajectories and those computed with the approximated system. We propose a construction method which tends to maximize the domain volume which reduce the number of creation of new domains during the analysis. The second research direction that we followed concerns a subclass of nonlinear dynamical systems which are the polynomial systems. Our results for the reachability analysis of these systems are based on the Bernstein expansion properties. We approximate an initial reachability computation (which requires solving polynomial optimization problems) with an accurate over-approximation (which requires solving linear optimization problems). The last theoretical contribution concerns the reachability analysis of linear systems with polyhedral input which often result from approximation of nonlinear systems. We proposed a technique to refine; Cette thèse porte sur les techniques d'analyse formelle de systèmes hybrides à dynamiques continues non linéaire. Ses contributions portent sur les algorithmes d'atteignabilité et sur les problèmatiques liées à la representation des ensembles atteignables. This thesis deals with formal analysis of hybrid system with non linear continous dynamic. It contributes to the fields of reachability analysis algorithm and the set representation.

In model based design, one constructs a mathematical model of the system and uses it to design the system so that it exhibits the desired properties. For safety critical systems, it can be of utmost importance to verify these safety properties on the model, e.g., to account for parameter variations. Computing a finite number of system behaviors via simulation is not sufficient to guarantee safety properties. With a reachability analysis one can compute a cover of all possible system behaviors, potentially infinite, accounting for any non-determinism in the model, and with which one can guarantee safety properties. Systems of interest often exhibit both continuous and discrete behavior and such systems are called hybrid systems. Reachability computation is considered hard for continuous and hybrid systems. Only recently, scalable methods for reachability computation have been developed based on implicit set representations using the mathematical construct of support functions. In this thesis, we develop an extendable tool called SpaceEx for reachability of hybrid systems. Two reachability algorithms have been implemented in SpaceEx, one based on the PHAVer tool for linear hybrid automata and the other based on support functions for piecewise affine dynamics. The support function based algorithm has been tuned and its scalability has been improved by switching set representations. We propose an improved image computation algorithm for discrete transition that further reduces the over-approximation error and illustrate its accuracy and efficiency with several case studies.; Dans la conception basée sur des modèles on construit un modèle mathématique du système que l'on utilise pour concevoir le système de sorte qu'il présente les propriétés souhaitées. Pour les systèmes de sûreté critique, il peut être d'une importance capitale de vérifier ces propriétés de sûreté sur le modèle, par exemple, pour tenir compte des variations des paramètres. Le calcul d'un nombre fini de comportements du système par le biais de simulation ne suffit pas à garantir des propriétés de sécurité. Avec une analyse d'atteignabilité on peut calculer une couverture de tous les comportements possibles du système, possiblement infinis. Cette analyse peut prendre en compte de non-déterminisme dans le modèle et peut garantir des propriétés de sécurité. Les systèmes d'intérêt présentent souvent à la fois un comportement continu et discret et de tels systèmes sont appelés systèmes hybrides. Le calcul d'atteignabilité est considéré comme difficile pour les systèmes continus et hybrides. Ce n'est que récemment que des méthodes pour le calcul d'accessibilité ont été développées qui peuvent être mis à l'échèlle. Ils sont basés sur des représentations implicites d'ensembles continus à l'aide du concepte mathématique de la fonction de support. Dans cette thèse, nous développons un outil extensible appelé SpaceEx pour le calcul d'atteignabilité des systèmes hybrides. Deux algorithmes d'atteignabilité ont été mis en œuvre dans SpaceEx, l'un basé sur l'outil PHAVer pour les automates linéaires hybrides et l'autre basé sur les fonctions de support pour les dynamiques affines par morceaux. L'algorithme de fonction support a été mis au point et sa mise à l'échelle a été amélioré en basculant entre différentes représentations d'ensembles continus. Nous proposons un algorithme de calcul d'image des transition discrètes amélioré qui réduit l'erreur de sur-approximation et nous illustrons sa précision et son efficacité avec plusieurs études de cas.

In this thesis, we presented our contributions to the formal analysis of dynamical systems. We focused on the problem of efficiently computing an accurate approximation of the reachable sets under nonlinear dynamics given by differential equations. Our aim was also to design scalable methods which can handle large systems. The first contribution of this thesis concerns the dynamic hybridization technique for a large class of nonlinear systems. We focused on the hybridization domain construction such that the linear interpolation realized in this domain ensures a desired error between the original system trajectories and those computed with the approximated system. We propose a construction method which tends to maximize the domain volume which reduce the number of creation of new domains during the analysis. The second research direction that we followed concerns a subclass of nonlinear dynamical systems which are the polynomial systems. Our results for the reachability analysis of these systems are based on the Bernstein expansion properties. We approximate an initial reachability computation (which requires solving polynomial optimization problems) with an accurate over-approximation (which requires solving linear optimization problems). The last theoretical contribution concerns the reachability analysis of linear systems with polyhedral input which often result from approximation of nonlinear systems. We proposed a technique to refine, Cette thèse porte sur les techniques d'analyse formelle de systèmes hybrides à dynamiques continues non linéaire. Ses contributions portent sur les algorithmes d'atteignabilité et sur les problèmatiques liées à la representation des ensembles atteignables. This thesis deals with formal analysis of hybrid system with non linear continous dynamic. It contributes to the fields of reachability analysis algorithm and the set representation.

In model based design, one constructs a mathematical model of the system and uses it to design the system so that it exhibits the desired properties. For safety critical systems, it can be of utmost importance to verify these safety properties on the model, e.g., to account for parameter variations. Computing a finite number of system behaviors via simulation is not sufficient to guarantee safety properties. With a reachability analysis one can compute a cover of all possible system behaviors, potentially infinite, accounting for any non-determinism in the model, and with which one can guarantee safety properties. Systems of interest often exhibit both continuous and discrete behavior and such systems are called hybrid systems. Reachability computation is considered hard for continuous and hybrid systems. Only recently, scalable methods for reachability computation have been developed based on implicit set representations using the mathematical construct of support functions. In this thesis, we develop an extendable tool called SpaceEx for reachability of hybrid systems. Two reachability algorithms have been implemented in SpaceEx, one based on the PHAVer tool for linear hybrid automata and the other based on support functions for piecewise affine dynamics. The support function based algorithm has been tuned and its scalability has been improved by switching set representations. We propose an improved image computation algorithm for discrete transition that further reduces the over-approximation error and illustrate its accuracy and efficiency with several case studies., Dans la conception basée sur des modèles on construit un modèle mathématique du système que l'on utilise pour concevoir le système de sorte qu'il présente les propriétés souhaitées. Pour les systèmes de sûreté critique, il peut être d'une importance capitale de vérifier ces propriétés de sûreté sur le modèle, par exemple, pour tenir compte des variations des paramètres. Le calcul d'un nombre fini de comportements du système par le biais de simulation ne suffit pas à garantir des propriétés de sécurité. Avec une analyse d'atteignabilité on peut calculer une couverture de tous les comportements possibles du système, possiblement infinis. Cette analyse peut prendre en compte de non-déterminisme dans le modèle et peut garantir des propriétés de sécurité. Les systèmes d'intérêt présentent souvent à la fois un comportement continu et discret et de tels systèmes sont appelés systèmes hybrides. Le calcul d'atteignabilité est considéré comme difficile pour les systèmes continus et hybrides. Ce n'est que récemment que des méthodes pour le calcul d'accessibilité ont été développées qui peuvent être mis à l'échèlle. Ils sont basés sur des représentations implicites d'ensembles continus à l'aide du concepte mathématique de la fonction de support. Dans cette thèse, nous développons un outil extensible appelé SpaceEx pour le calcul d'atteignabilité des systèmes hybrides. Deux algorithmes d'atteignabilité ont été mis en œuvre dans SpaceEx, l'un basé sur l'outil PHAVer pour les automates linéaires hybrides et l'autre basé sur les fonctions de support pour les dynamiques affines par morceaux. L'algorithme de fonction support a été mis au point et sa mise à l'échelle a été amélioré en basculant entre différentes représentations d'ensembles continus. Nous proposons un algorithme de calcul d'image des transition discrètes amélioré qui réduit l'erreur de sur-approximation et nous illustrons sa précision et son efficacité avec plusieurs études de cas.

Graphene and carbon nanotubes, assimilated to graphitic nano-systems, share exceptional mechanical, optical, electronic and vibrational properties. Combining low mass, high stiffness, and semi-transparent behavior, membrane of thickness about 10 to 100 layers of graphene has been suspended over a reflecting substrate, making a mechanical resonator coupled to an optical cavity. This PhD project is based on elastic and inelastic scattering of light in order to probe mechanical stress and thermal effects within such graphitic nano-systems. This experiment rests upon Raman spectroscopy, sensi- tive to optical phonons of the probed material. A first aspect of this project concerns the use of graphene based optical cavities as a fundamental element to create a hybrid system. After depositing a molecular layer on top of the membrane, we have shown enhancement of molecular Raman signal due to constructive optical interferences. We have highlighted the possibility to modulate the Raman signal spatially or electrostatic ally. A second line of this thesis is the detection of motion and mechanical stress within a graphitic resonator. Through experiences made with multilayer graphene suspended membranes, we have detected mechani- cal resonance by two means : by analyzing reflected light modulation, and by measuring membrane Raman response changes. Such detection scheme, based on the increase of mechanical stress at resonance, link the mechanical motion of the resonator, to a shift in energy of Raman scattered photons, and represents an original scheme for optomechanical coupling., Le graphène et les nanotubes de carbone, assimilés à des nano-systèmes graphitiques, partagent des propriétés mécaniques, optiques, électroniques et vibrationnelles uniques. Associant faible masse, grande rigidité et comportement semi-transparent, des membranes de 10 à 100 couches de graphène ont été suspendues au dessus d’un substrat réfléchissant, formant ainsi un résonateur mécanique couplé à une cavité optique. Le projet de cette thèse repose sur les diffusions élastiques et inélastiques de la lumière pour sonder les contraintes mécaniques et les effets thermiques dans ces nano-systèmes graphitiques. Ce type de mesure est basé sur la spectroscopie Raman, sensible aux phonons optiques du matériau sondé. Un premier aspect du présent projet de thèse porte sur l’utilisation de cavités optiques à base de graphène comme élément de base pour constituer un système hybride. Après avoir déposé une couche de molécules à la surface de ces membranes, nous avons montré que le signal Raman des molécules est exalté par un effet d’interférences optiques constructives. Nous avons mis en évidence la possibilité de moduler ce signal en se déplaçant le long de l’échantillon, ou en variant la position de la membrane à l’aide d’une actuation électrostatique. De plus, on peut observer des effets thermiques importants associés aux phénomènes d’interférences optiques dans ces membranes à base de graphène. Le second axe de cette thèse est la détection du mouvement et des contraintes mécaniques dans un résona- teur graphitique (membranes de graphène multicouche, nanotubes, etc.). Au travers d’expériences menées sur des membranes suspendues de graphène multicouche, nous avons détecté la résonance mécanique de deux façons : en analysant la modulation de la lumière réfléchie et en mesurant les variations de la réponse Raman du résonateur. Cette détection, reposant sur l’augmentation des contraintes mécaniques à réso- nance, associe le mouvement mécanique du résonateur à un décalage en énergie des photons Raman et représente un schéma original de couplage optomécanique.

The works presented in this thesis are part of the problem of design and optimization of power systems using renewable energy sources. The major target is to propose new approaches of multi-objective optimization of hybrid systems consisting of wind source, solar source and storage system with or without diesel generator. This optimization begins by a better knowledge of wind and solar potential of the study sites. Indeed, the analysis of the wind speed and solar radiation using real collected data in several localities in Senegal has allowed to assess the wind and solar potential in these areas. The results of estimation of these two potentials are then used for design of optimized hybrid wind-solar-battery-diesel generator using a multi-objective genetic algorithm.The analysis of the influence of the wind and solar potential and the load profile showed that the cost of the optimal configuration is very sensitive to the variation of the wind speed, the solar radiation and the variation of the load profile. Further, the obtained results in this study showed that the cost of the optimal configuration decreases as the Loss of Power Supply Probability (LPSP) increases.The analysis of influence of the diesel generator on the optimal configuration showed also that for LPSP=0, the total cost of system decreases with more request of the diesel generators. However, the emission rate of the CO2 becomes more important.The influence study of the variations of the load profile on the optimal configuration of hybrid system with diesel generator (SHESBG) showed that the total cost system is lower for the load profile which adapted to changes in wind and solar potential. This result is also observed for a system without diesel generator (SHESB)., Les travaux présentés dans cette thèse s’inscrivent dans la problématique de dimensionnement et de l’optimisation de systèmes électriques utilisant des sources d’énergies renouvelables. L’objectif principal est de proposer de nouvelles approches d’optimisation multi-objectif de systèmes hybrides composés de sources éolienne et solaire avec ou sans groupe électrogène et d’un système de stockage. Cette optimisation passe d’abord par une meilleure connaissance des potentiels éolien et solaire des sites d’étude. En effet, l’analyse de la vitesse du vent et du rayonnement solaire à l’aide de mesures réelles collectées dans plusieurs localités du Sénégal a permis d’évaluer les potentiels éolien et solaire dans ces zones. Les résultats d’estimation de ces deux potentiels sont ensuite utilisés pour faire le dimensionnement de systèmes hybrides éolien-solaire-batterie-groupe-électrogène optimisés en utilisant un algorithme génétique multi-objectif.L’analyse de l’influence des potentiels éolien et solaire et du profil de charge a montré que le coût de la configuration optimale est très sensible à la variation des potentiels éolien et solaire disponibles et à la variation du profil de charge. Les résultats obtenus dans le cadre de cette étude ont montré aussi que le coût de la configuration optimale diminue au fur et à mesure que le taux de non couverture de charge (LPSP) augmente.L’analyse de l’influence du groupe électrogène sur la configuration optimale a aussi montré que pour LPSP=0, le coût global du système baisse avec une sollicitation plus accrue des groupes électrogènes. Cependant, le taux d’émission de CO2 devient plus important.L’étude de l’influence des variations du profil de charge sur la configuration optimale du système hybride avec groupe électrogène (SHESBG) a montré que le coût global du système est plus faible pour un profil de charge adapté aux variations des potentiels éolien et solaire. Ce résultat est aussi observé pour un système sans groupe électrogène (SHESB).

Environmental issues, energy and economic challenges, lead to propose new solutions for energy management in order to avoid brutal energy recession. Considering the international institutions such as the IPCC report, it's now established that the Earth's average temperature is rising and essentialy caused by human activities. The work realized and presented in this manuscript is designed to address these issues using a methodology based on the optimization of the energy management in a hybrid process combining solar and geothermal energy for house heating. The use of artificial intelligence methodologies such as Adaptive Neural-Fuzzy Inference Systems and fuzzy logic enabled to develop a simulation platform for a hybrid energy system and to manage it using fuzzy controllers. The obtained results, using these controllers, show that a judicious choice of operating periods and durations of the extraction system can significantly improve the process power consumption and operating cost are clearly reduced, while respecting the technical operating constraints and thermal needs of residents.; Les enjeux environnementaux, énergétiques et économiques actuels, nous amènent à proposer de nouvelles solutions de gestion énergétique afin d'éviter d'entrer dans une ère de récession énergétique brutale. À partir des constats établis par les institutions mondiales, telles que le GIEC, il est aujourd'hui admis par la communauté scientifique internationale, que la température moyenne de la Terre est en augmentation et que l'activité anthropique en est une des causes, sinon la plus importante. Les travaux réalisés et présentés dans ce manuscrit visent à répondre, en partie, à ces problématiques par la mise en place d'un système de contrôle supervisé permettant l'optimisation de la gestion énergétique d'un procédé hybride alliant l'énergie solaire à la géothermie, et destiné au chauffage dans le secteur du bâtiment. L'utilisation des méthodologies de l'intelligence artificielles telles que le neuroflou et la logique floue nous a permis de développer une plateforme de simulation d'un système énergétique hybride et d'en réaliser la gestion à l'aide de contrôleurs flous. Les résultats obtenus, par l'utilisation de ces contrôleurs, montrent qu'un choix judicieux des périodes et durées de marche du système d'extraction permet d'améliorer de façon significative le fonctionnement du procédé. La consommation électrique et le coût de fonctionnement de l'installation sont donc diminués, tout en respectant les contraintes techniques de fonctionnement et le confort thermique des habitants.

Cotutelle Université de Corse - Université Technique de Sofia; The objective of this work in joint supervision between the Technical University of Sofia and the University of Corsica, consists in studying various configurations of hybrid systems using renewable energy sources in two cases: slow variation process (energy aspect) and rapid variation (electrical aspect). After a review, based on international literature, a study of the wind and solar potential and its complementarity was implemented for various Bulgarian and Corsican stations. The various models describing the behaviour of the hybrid system generators are described and validated: photovoltaic and wind, then an analysis of Wind/PV/storage system performances and its optimal sizing have been realized. The choice of adapted storage mean was hydro pumping storage and the impact of such storage in view to increase the renewable energy systems integration limit level was estimated for the Corsican network. Concerning the rapid variation process, our attention was focused to the hybrid system organs in which an asynchronous machine takes part. Models of induction machines, voltage source converters and control systems were developed and validated experimentally. The simulation model has been adapted and implemented in a microprocessor system dSPACE allowing the control in real time of the doubly fed induction generator rotor power converters.; L'objectif de ce travail en cotutelle entre l'Université Technique de Sofia et l'Université de Corse, consiste à étudier différentes structures de systèmes hybrides à sources d'énergie renouvelables et ce, dans deux cadres : des processus à variation lente (aspect énergétique) et à variation rapide (aspect électrique). Après une étude bibliographique basée sur une littérature internationale, une étude du potentiel éolien et solaire et de leur complémentarité est réalisée pour différentes stations Bulgares et Corses Les différents modèles de comportement des générateurs du système hybride ont été présentés et validés : photovoltaïque et éolien, puis une analyse des performances d'un système éolien/PV/Stockage et en son dimensionnement optimisé a été réalisé. Le choix du mode de stockage s'est porté sur les Stations de Pompage à Transfert d'Energie (STEP) et l'apport d'un tel stockage sur l'augmentation du taux de pénétration des sources d'énergie renouvelables a été estimé dans le cas du réseau électrique corse. Dans le cadre de l'étude des processus à variation rapide, l'attention a été portée vers les éléments du système hybride dans lesquels intervient une machine asynchrone. Des modèles de machine asynchrone, de convertisseur de tension réversible et de systèmes de contrôle sous différentes configurations ont été développés et validés expérimentalement. Le modèle de simulation a été adapté et mis en oeuvre dans un système microprocesseur dSPACE, qui permet le contrôle des convertisseurs électroniques dans le circuit du rotor de la machine asynchrone à double alimentation en temps réel.

The objective of this work in joint supervision between the Technical University of Sofia and the University of Corsica, consists in studying various configurations of hybrid systems using renewable energy sources in two cases: slow variation process (energy aspect) and rapid variation (electrical aspect). After a review, based on international literature, a study of the wind and solar potential and its complementarity was implemented for various Bulgarian and Corsican stations. The various models describing the behaviour of the hybrid system generators are described and validated: photovoltaic and wind, then an analysis of Wind/PV/storage system performances and its optimal sizing have been realized. The choice of adapted storage mean was hydro pumping storage and the impact of such storage in view to increase the renewable energy systems integration limit level was estimated for the Corsican network. Concerning the rapid variation process, our attention was focused to the hybrid system organs in which an asynchronous machine takes part. Models of induction machines, voltage source converters and control systems were developed and validated experimentally. The simulation model has been adapted and implemented in a microprocessor system dSPACE allowing the control in real time of the doubly fed induction generator rotor power converters., L'objectif de ce travail en cotutelle entre l'Université Technique de Sofia et l'Université de Corse, consiste à étudier différentes structures de systèmes hybrides à sources d'énergie renouvelables et ce, dans deux cadres : des processus à variation lente (aspect énergétique) et à variation rapide (aspect électrique). Après une étude bibliographique basée sur une littérature internationale, une étude du potentiel éolien et solaire et de leur complémentarité est réalisée pour différentes stations Bulgares et Corses Les différents modèles de comportement des générateurs du système hybride ont été présentés et validés : photovoltaïque et éolien, puis une analyse des performances d'un système éolien/PV/Stockage et en son dimensionnement optimisé a été réalisé. Le choix du mode de stockage s'est porté sur les Stations de Pompage à Transfert d'Energie (STEP) et l'apport d'un tel stockage sur l'augmentation du taux de pénétration des sources d'énergie renouvelables a été estimé dans le cas du réseau électrique corse. Dans le cadre de l'étude des processus à variation rapide, l'attention a été portée vers les éléments du système hybride dans lesquels intervient une machine asynchrone. Des modèles de machine asynchrone, de convertisseur de tension réversible et de systèmes de contrôle sous différentes configurations ont été développés et validés expérimentalement. Le modèle de simulation a été adapté et mis en oeuvre dans un système microprocesseur dSPACE, qui permet le contrôle des convertisseurs électroniques dans le circuit du rotor de la machine asynchrone à double alimentation en temps réel.

Inherent difficulty of coordinating a group of mobile robots is treated by investigating behavior-based architectures which aim to break task complexity. In fact, multi-robot navigation may become rapidly inextricable, specifically if it is made in hazardous and dynamical environment. The considered task is the navigation in formation in presence of (static and dynamic) obstacles. To overcome its complexity, it is proposed to divide the overall task into two basic behaviors/controllers (obstacle avoidance, attraction to a dynamical target). Applied control is chosen among these controllers according to sensors information (camera, local sensors, etc.). Theoretic approach combines behavior-based and the virtual structure strategy which considers the formation as a virtual body with a given dynamic (velocity, direction). Thus, activating a controller or another is accomplished while respecting structural robots constraints (e.g. maximal velocities and accelerations). The objective is to insure the highest precision and safety of the coordinated motion between the robots. These ones cooperate by optimizing the way of sharing their places in the formation in order to form it in a faster manner. To guarantee performance criteria of the control architecture, hybrid systems tolerating the control of continuous systems in presence of discrete events are explored. In fact, this control allows coordinating (by discrete part) the different behaviors (continuous part) of the architecture. A complete analysis of this architecture stability is also given thanks to Lyapunov-based theory. Every contribution is illustrated through simulation results. The last chapter is devoted to the implementation of the proposed control architecture on a group of Khepera III robots., La complexité inhérente à la coordination des mouvements d'un groupe de robots mobiles est traitée en investiguant plus avant les potentialités des architectures de contrôle comportementales dont le but est de briser la complexité des tâches à exécuter. En effet, les robots mobiles peuvent évoluer dans des environnements très complexes et nécessite de surcroît une coopération précise et sécurisée des véhicules pouvant rapidement devenir inextricable. Ainsi, pour maîtriser cette complexité, le contrôleur dédié à la réalisation de la tâche est décomposé en un ensemble de comportements/contrôleurs élémentaires (évitement d'obstacles et de collision entre les robots, attraction vers une cible, etc.) qui lient les informations capteurs (provenant de caméras, des capteurs locaux du robot, etc.) aux actionneurs des différentes entités robotiques. La tâche considérée est la navigation en formation en présence d'obstacles (statiques et dynamiques). La spécificité de l'approche théorique consiste à allier les avantages des architectures de contrôle comportementales à la méthode de la structure virtuelle où le groupe de robots mobiles suit un corps virtuel avec une dynamique (vitesse, direction) donnée. Ainsi, l'activation d'un comportement élémentaire en faveur d'un autre se fait en respectant les contraintes structurelles des robots (e.g. vitesses et accélérations maximales, etc.) en vue d'assurer le maximum de précision et de sécurité des mouvements coordonnés entre les différentes entités mobiles. La coopération consiste à se partager les places dans la structure virtuelle de manière distribuée et de façon à atteindre plus rapidement la formation désirée. Pour garantir les critères de performances visés par l'architecture de contrôle, les systèmes hybrides qui permettent de commander des systèmes continus en présence d'évènements discrets sont exploités. En effet, ces contrôleurs (partie discrète) permettent de coordonner l'activité des différents comportements (partie continue) disponibles au niveau de l'architecture, tout en offrant une analyse automaticienne rigoureuse de la stabilité de celle-ci au sens de Lyapunov. Chaque contribution est illustrée par des résultats de simulation. Le dernier chapitre est dédié à l'implémentation de l'architecture de contrôle proposée sur un groupe de robots mobiles Khepera III.

Environmental issues, energy and economic challenges, lead to propose new solutions for energy management in order to avoid brutal energy recession. Considering the international institutions such as the IPCC report, it's now established that the Earth's average temperature is rising and essentialy caused by human activities. The work realized and presented in this manuscript is designed to address these issues using a methodology based on the optimization of the energy management in a hybrid process combining solar and geothermal energy for house heating. The use of artificial intelligence methodologies such as Adaptive Neural-Fuzzy Inference Systems and fuzzy logic enabled to develop a simulation platform for a hybrid energy system and to manage it using fuzzy controllers. The obtained results, using these controllers, show that a judicious choice of operating periods and durations of the extraction system can significantly improve the process power consumption and operating cost are clearly reduced, while respecting the technical operating constraints and thermal needs of residents., Les enjeux environnementaux, énergétiques et économiques actuels, nous amènent à proposer de nouvelles solutions de gestion énergétique afin d'éviter d'entrer dans une ère de récession énergétique brutale. À partir des constats établis par les institutions mondiales, telles que le GIEC, il est aujourd'hui admis par la communauté scientifique internationale, que la température moyenne de la Terre est en augmentation et que l'activité anthropique en est une des causes, sinon la plus importante. Les travaux réalisés et présentés dans ce manuscrit visent à répondre, en partie, à ces problématiques par la mise en place d'un système de contrôle supervisé permettant l'optimisation de la gestion énergétique d'un procédé hybride alliant l'énergie solaire à la géothermie, et destiné au chauffage dans le secteur du bâtiment. L'utilisation des méthodologies de l'intelligence artificielles telles que le neuroflou et la logique floue nous a permis de développer une plateforme de simulation d'un système énergétique hybride et d'en réaliser la gestion à l'aide de contrôleurs flous. Les résultats obtenus, par l'utilisation de ces contrôleurs, montrent qu'un choix judicieux des périodes et durées de marche du système d'extraction permet d'améliorer de façon significative le fonctionnement du procédé. La consommation électrique et le coût de fonctionnement de l'installation sont donc diminués, tout en respectant les contraintes techniques de fonctionnement et le confort thermique des habitants.

This PhD thesis concerns the problem of identification of the delays systems and the continuous-time systems subject to impulsive terms.Firstly, a fast identification algorithm is proposed for systems with delayed inputs. It is based on a non-asymptotic distributional estimation technique initiated in the framework of systems without delay. Such technique leads to simple realization schemes, involving integrators, multipliers andContribution to the identification of time delays systems and a class of hybrid systems piecewise polynomial or exponential time functions. Thus, it allows for a real time implementation. In order to introduce a generalization to systems with input delay, three simple examples are presented.The second part deals with on-line identification of continuous-time systems subject to impulsive terms. Using a distribution framework, a scheme is proposed in order to annihilate singular terms in differential equations representing a class of impulsive systems. As a result, an online estimation of unknown parameters is provided, regardless of the switching times or the impulse rules. Numerical simulations of simple pendulum subjected to dry friction are illustrating our methodology; Les travaux présentés dans cette thèse concernent le problème d'identification des systèmes à retards et d'une certaine classe de systèmes hybrides appelés systèmes "impulsifs".Dans la première partie, un algorithme d'identification rapide a été proposé pour les systèmes à entrée retardée. Il est basé sur une méthode d'estimation distributionnelle non asymptotique initiée pour les systèmes sans retard. Une telle technique mène à des schémas de réalisation simples, impliquant des intégrateurs, des multiplicateurs et des fonctions continues par morceaux polynomiales ou exponentielles. Dans le but de généraliser cette approche pour les systèmes à retard, trois exemples d'applications ont été étudiées. La deuxième partie a été consacrée à l'identification des systèmes impulsifs. En se basant sur le formalisme des distributions, une procédure d'identification a été élaborée afin d'annihiler les termes singuliers des équations différentielles représentant ces systèmes. Par conséquent, une estimation en ligne des instants de commutations et des paramètres inconnus est prévue indépendamment des lois de commutations. Des simulations numériques d'un pendule simple soumis à des frottements secs illustrent notre méthodologie

EnR/H2 hybrid systems appear to be an innovative solution to the renewable energies storage problem. These systems include: one or several renewable energy sources; an electrolyzer to produce hydrogen and oxygen when the renewable energy source can provide a surplus ; in the other hand, when the demand exceeds the capacity of the renewable source, a fuel cell consumes gases to supply the complement energy demand. In order to develop these solutions in the future: it is necessary to constitute a set of architectural references corresponding to the target applications for the EnR/H2 hybrid systems; and to develop a decision-making instrument allowing to optimize sizing of the sub-systems according to several criteria (system energy efficiency or the electricity costs). A numerical code of sizing under language MATLAB®, called ORIENTE, was thus developed within the framework of the research works which join the project ANR PEPITE (ANR-07-PANH-012). The various partners of this project are the HELION Company, the University of Corsica, the CEA, the INPT - LAPLACE and ARMINES. The applications concerned by this code, are electrification of isolated sites, micro-electricity grid energy management and reducing load peaks on an electrical grid. The first application will be treated via a demonstrator who will be installed at Cadarache in the beginning of 2011, on the site of the CEA, this one concerns the supply of a meteorological pylon. This application is supported by the poles of competitiveness CAPENERGIES and TENERRDIS. The 2nd application concerns the study of a micro-grid on the site of MAFATE (isle of La Réunion). This study is in partnership with the ARER. The last application, named MYRTE project was treated through a technological platform on the site of Vignola (near Ajaccio) for control-command strategies to answer the reducing load peaks on an electrical grid and the smoothing of the photovoltaic production. This platform is financed by the Corsica region, the French government and European Union (FEDER). This application was the object of a labeling by CAPENERGIES., Les systèmes hybrides EnR/H2 sont une solution innovante au problème du stockage des énergies renouvelables. Ces systèmes comprennent : une ou plusieurs sources renouvelables d'énergie ; un électrolyseur pour produire de l'hydrogène et de l'oxygène lorsque la source renouvelable fournit un excédent d'énergie ; à l'inverse, lorsque la demande excède la capacité de la source renouvelable, une pile à combustible consomme les gaz afin de fournir le complément d'énergie nécessaire. Afin de développer ces solutions dans le futur : il est nécessaire de constituer un ensemble de références architecturales correspondant aux applications cibles pour les systèmes hybrides EnR/H2 ; et de posséder un instrument décisionnel permettant le dimensionnement optimum des sous-systèmes selon plusieurs critères (efficacité énergétique du système ou coût du kWh). Un code numérique de dimensionnement sous langage MATLAB®, baptisé ORIENTE, a donc été développé dans le cadre des travaux de recherches qui s'inscrivent dans le projet ANR PEPITE (ANR-07-PANH-012). Les différents partenaires de ce projet sont la société HELION, l'Université De Corse, le CEA, l'INPT - LAPLACE et ARMINES. Les applications concernées par ce code, sont l'électrification de sites isolés, la gestion énergétique de micro-réseaux électriques et l'écrêtage de pointes de puissance sur un réseau électrique. La première application sera traitée via un démonstrateur qui sera installé à Cadarache début 2011, sur le site du CEA, celle-ci concerne l'alimentation d'un pylône météorologique. Cette application est labellisée par les pôles de compétitivité CAPENERGIES et TENERRDIS. La 2ème application concerne l'étude d'un micro-réseau sur le site de MAFATE (îlet de la Réunion). Cette étudie est en partenariat avec l'ARER. La dernière application, nommée projet MYRTE a été traitée à travers une plateforme technologique sur le site de Vignola (près d'Ajaccio) pour des modes de contrôle-commande répondant à de l'écrêtage de pointe et à du lissage de la production photovoltaïque. Cette plateforme est financée par la région, l'Etat et l'Europe (FEDER). Cette application a fait l'objet d'une labellisation par CAPENERGIES.

Les contributions que nous avons choisi de présenter dans ce mémoire ont trait en général à la commande, à la stabilité et à l'observation des systèmes dynamiques hybrides. Ce mémoire retrace le cheminement de mes recherches sur les dix dernières années au CRAN au sein du projet systèmes dynamiques hybrides et complexes mais également aux travers de projets et collaborations locales (CPER : projet SC2), nationales (GdR SDH, AS 192, ANR ArHyCo) et européennes (Hycon). L'extension du principe du minimum et l'établissement de conditions nécessaires pour la résolution d'un problème de commande optimale pour les SDH ont permis de soulever et de mettre en évidence des difficultés liées à la résolution de ce type de problème. Deux freins principaux à la mise en oeuvre d'algorithmes généraux efficaces ont été identifiés et proviennent d'une part, de l'explosion combinatoire engendrée par la dynamique discrète couplée aux dynamiques continues et d'autre part, de l'existence de trajectoires singulières conduisant nécessairement à des solutions sous optimales. Une discussion sur les méthodes de résolution directes et indirectes montre que même dans des situations simplifiées, l'existence de trajectoires singulières pose un réel problème et les algorithmes utilisant le principe du minimum sont inadaptés sans traitement particulier pour gérer ces situations. Nous montrons sur un exemple qu'il peut être préférable d'utiliser des méthodes directes sous une formulation de tirs multiples. Pour la classe des systèmes affines commutés qui représente une classe de systèmes technologiques très répandus, les points de fonctionnement rendent particulièrement évident le rôle joué par les trajectoires singulières. On constate qu'elles correspondent aux solutions optimales au sens de Fillipov du système commuté. Nous avons proposé une méthode permettant d'effectuer la synthèse de ces trajectoires optimales pour des critères de type temps optimal ou quadratique en temps infini applicable sur des systèmes de dimension faible et en général inférieure ou égale à 3. Une seconde méthode de synthèse à base de commande prédictive utilise les degrés de liberté sur la commande autour du point de fonctionnement pour poursuivre un cycle particulier défini par un critère. L' algorithme rapide d'optimisation des solutions tient compte des discontinuités issues des instants de commutations et utilise les fonctions de sensibilité vis à vis de ces instants. La généralisation aux SDH du calcul des fonctions de sensibilité lorsque le système hybride est le siège de discontinuités de champs et de saut sur l'état, est un résultat utile qui permet d'utiliser des outils nécessitant une différentiation. Le calcul rapide des cycles limites et l'étude de leur stabilité est une première application possible, l'optimisation est très clairement la cible principale. L'étude et l'analyse du comportement asymptotique des systèmes linéaires commutés via la formulation d'un principe d'invariance de Lasalle nous amène à un constat similaire à celui fait sur la commande optimale : Le comportement asymptotique est identique à celui que l'on obtient en considérant les solutions de Fillipov du système commuté. Nous avons montré en considérant plusieurs hypothèses sur les lois de commutation que la séparation est opérée si on restreint la loi de commutation en considérant par exemple des hypothèses fortes de temps d'activation minimum sur les modes. Ces résultats d'analyse sont primordiaux dans la compréhension de la complexité de la dynamique issue de la commutation. La synthèse d'observateurs commutés pour la classe des systèmes linéaires commutés que nous avons proposée, et l'identification algébrique des lois ne permettant pas d'observer le système ont été déduites du principe d'invariance mentionné à l'item précédent. La mise en évidence de la décroissance de la vitesse de convergence de l'erreur d'observation en fonction de la vitesse de commutation est une conséquence de cette caractérisation algébrique. Les travaux réalisés ont permis de soulever de très nombreux problèmes spécifiques à la classe des systèmes commutés (Robustesse vis à vis d'incertitudes paramétriques, extension au cas discret et échantillonné, synthèse de lois préservant l'observabilité, vitesse de convergence de l'observateur, ...) et de dégager des pistes de recherche concernant leur résolution.

International audience

The objective of the work was to develop a hybrid dynamic optimisation approach for simulation and optimisation of pressure swing adsorption (PSA) processes. It is mainly based on the hybrid formulation of the process model and on the use of adjoint system method. The simulation problem which consists in determining the cyclic steady state (CSS) is formulated as an optimisation problem where the CSS condition is considered as the performance index, initial values of state variables as decision variables and process model along with associated conditions as constraints. In optimisation, the decision vector consists of design and operation parameters in addition to the initials values of state variables whereas the CSS condition is considered in this case as a constraint to be satisfied for each optimal solution. Several process models with a varied degree of complexity have been studied. These models are isothermal and non isothermal with and without frozen states. The performance index considered are purity, recovery and energy. The results obtained are interesting vis-a-vis the performance of the processes considered as well as the robustness of the optimisation algorithm and show the great potential of the approach developed for the optimal design and operation of PSA processes; Dans ce travail, une approche d'optimisation dynamique hybride est développée et utilisée pour simuler et optimiser les procédés d'adsorption modulée en pression (PSA). Elle est principalement basée sur la formulation hybride du modèle du procédé et sur l'utilisation de la méthode du système adjoint.Le problème de simulation qui consiste à déterminer le régime stationnaire cyclique (CSS) est formulé comme un problème d'optimisation où le critère de performance est défini par la condition de CSS, les variables de décision sont données par les valeurs initiales des variables d'état, et les contraintes par le modèle hybride du procédé avec les conditions aux limites associées. En optimisation, le vecteur des variables de décision contient, en plus des valeurs initiales de l'état, les paramètres de dimensionnement et de fonctionnement. La condition de CSS devient, dans ce cas, une contrainte à satisfaire par chaque solution optimale. Plusieurs modèles de procédés, allant du plus simple au plus compliqué, sont étudiés.Il s'agit notamment de procédés isothermes et non isothermes avec et sans états gelés. Les critères de performance considérés sont la pureté, la récupération et l´énergie. Les résultats obtenus aussi bien au niveau des performances des procédés considérés que de la robustesse de l'algorithme d'optimisation mis en oeuvre, sont tout à fait intéressants et montrent le grand potentiel de l'approche développée pour le dimensionnement et le fonctionnement optimaux des procédés PSA

The objective of the work was to develop a hybrid dynamic optimisation approach for simulation and optimisation of pressure swing adsorption (PSA) processes. It is mainly based on the hybrid formulation of the process model and on the use of adjoint system method. The simulation problem which consists in determining the cyclic steady state (CSS) is formulated as an optimisation problem where the CSS condition is considered as the performance index, initial values of state variables as decision variables and process model along with associated conditions as constraints. In optimisation, the decision vector consists of design and operation parameters in addition to the initials values of state variables whereas the CSS condition is considered in this case as a constraint to be satisfied for each optimal solution. Several process models with a varied degree of complexity have been studied. These models are isothermal and non isothermal with and without frozen states. The performance index considered are purity, recovery and energy. The results obtained are interesting vis-a-vis the performance of the processes considered as well as the robustness of the optimisation algorithm and show the great potential of the approach developed for the optimal design and operation of PSA processes, Dans ce travail, une approche d'optimisation dynamique hybride est développée et utilisée pour simuler et optimiser les procédés d'adsorption modulée en pression (PSA). Elle est principalement basée sur la formulation hybride du modèle du procédé et sur l'utilisation de la méthode du système adjoint.Le problème de simulation qui consiste à déterminer le régime stationnaire cyclique (CSS) est formulé comme un problème d'optimisation où le critère de performance est défini par la condition de CSS, les variables de décision sont données par les valeurs initiales des variables d'état, et les contraintes par le modèle hybride du procédé avec les conditions aux limites associées. En optimisation, le vecteur des variables de décision contient, en plus des valeurs initiales de l'état, les paramètres de dimensionnement et de fonctionnement. La condition de CSS devient, dans ce cas, une contrainte à satisfaire par chaque solution optimale. Plusieurs modèles de procédés, allant du plus simple au plus compliqué, sont étudiés.Il s'agit notamment de procédés isothermes et non isothermes avec et sans états gelés. Les critères de performance considérés sont la pureté, la récupération et l´énergie. Les résultats obtenus aussi bien au niveau des performances des procédés considérés que de la robustesse de l'algorithme d'optimisation mis en oeuvre, sont tout à fait intéressants et montrent le grand potentiel de l'approche développée pour le dimensionnement et le fonctionnement optimaux des procédés PSA

We propose a methodology for the design of fault tolerant control systems for the supervision of complex systems. First, the system is exhaustively described through a hybrid automaton which is enriched with parameters that quantifies the possible complete or partial faults. In the offline stage, the complex system is abstracted into a useful discrete event system with dedicated approaches. After, a supervisor is designed according to the standard objectives.In the online stage, fault detection can be interpreted by prohibiting some behaviours and introducing uncertainties. Thereafter, the diagnosis and identification modules (that are not treated in this work) reduce progressively the hybrid system. In order to update the abstract model, we developed some algorithms for reachability calculus, verification and generation of stabilized regions.In order to supervise the faulty system, the use of abstraction methodologies is necessary in order to transform the low level exhaustive model into an abstract and appropriate model. This abstraction is realized through algorithms that takes into account the abstraction context (objectives, constraints…). When a fault is detected, the reconfiguration is triggered by trying, as the abstract model is enriched, to reduce the behaviour of the faulty system into a preconceived model; Nous proposons une méthodologie de conception pour les systèmes de commande tolérants aux fautes en partant d’un modèle de base exhaustif pour le système complexe à superviser. En pratique, la modélisation exhaustive est réalisée grâce à un automate hybride enrichi par des paramètres quantifiant les défaillances possibles. Ceci permet de modéliser les défaillances partielles. Dans la phase hors ligne, ce système complexe est transformé en un système discret abstrait et exploitable selon des techniques dédiées. Un superviseur est alors construit selon les objectifs de fonctionnement.Lors du fonctionnement du système, l’occurrence d’une défaillance se traduit par l’invalidation de plusieurs comportements dans le modèle abstrait et l’introduction d’incertitudes. Par la suite, les modules de diagnostic et d’identification (qui ne rentrent pas dans l’objet de notre thèse) réduisent de façon progressive le modèle hybride au cours du temps. Afin de pouvoir mettre à jour le modèle discret abstrait, on a développé des algorithmes de calcul d’atteignabilité, de vérification et de génération de régions stabilisées.Pour pouvoir superviser un tel système, l’utilisation de méthodologies d’abstraction est nécessaire afin de transformer le modèle bas niveau exhaustif en un modèle discret approprié. Nous réalisons cette abstraction en proposant des algorithmes qui tiennent compte du contexte d’utilisation (objectifs, contraintes…). Lorsqu’une défaillance est détectée, la reconfiguration est déclenchée en essayant, au fur et à mesure de l’enrichissement du modèle abstrait, de réduire le fonctionnement du système défaillant dans un des schémas prédéfinis

The main objective of this thesis consists to investigate the following themes : observation and control of a flexible structure system and asymptotic stability of a heat exchangers system. This work is placed in the field of the control of systems described by partial differential equations (PDEs). We consider a rotating body-beam system whose dynamics are not physically measurable. An infinite-dimensional exponentially convergent Luenberger-like observer is presented in order to estimate the state variables. The observer is also valid for a time-varying angular velocity around some constant. We can accelerate the decay rate of the observer by a second step design. The main contribution of this work consists in building a numerical simulator based on the finite element method (FEM). A numerical investigation is carried out for the system with constant or time-varying angular velocity. We examine the influence of the gain choice on the decay rate of the observer. The robustness of the observer is tested with the measurement corrupted by noise. By cascading our observer and a feedback control law, we wish to obtain a global stabilization of the rotating bodybeam system. The relevant numerical results make it possible for us to conjecture that the closed-loop system is locally asymptotically stable. We investigate the exponential stability of the heat exchangers systems with diffusion or without diffusion. We establish the exponential stability of the model with diffusion in a Banach space. Moreover, the optimal decay rate of the system is computed for the model with diffusion. We prove exponential stability in (C[0, 1])4 space for the model without diffusion. The optimal decay rate in the latter case is not yet found.; L’objectif principal de cette thèse consiste à étudier plusieurs thématiques : l’étude de l’observation et la commande d’un système de structure flexible et l’étude de la stabilité asymptotique d’un système d’échangeurs thermiques. Ce travail s’inscrit dans le domaine du contrôle des systèmes décrits par des équations aux dérivées partielles (EDP). On s’intéresse au système du corps-poutre en rotation dont la dynamique est physiquement non mesurable. On présente un observateur du type Luenberger de dimension infinie exponentiellement convergent afin d’estimer les variables d’état. L’observateur est valable pour une vitesse angulaire en temps variant autour d’une constante. La vitesse de convergence de l’observateur peut être accélérée en tenant compte d’une seconde étape de conception. La contribution principale de ce travail consiste à construire un simulateur fiable basé sur la méthode des éléments finis. Une étude numérique est effectuée pour le système avec la vitesse angulaire constante ou variante en fonction du temps. L’influence du choix de gain est examinée sur la vitesse de convergence de l’observateur. La robustesse de l’observateur est testée face à la mesure corrompue par du bruit. En mettant en cascade notre observateur et une loi de commande stabilisante par retour d’état, on souhaite obtenir une stabilisation globale du système. Des résultats numériques pertinents permettent de conjecturer la stabilité asymptotique du système en boucle fermée. Dans la seconde partie, l’étude est effectuée sur la stabilité exponentielle des systèmes d’échangeurs thermiques avec diffusion et sans diffusion. On établit la stabilité exponentielle du modèle avec diffusion dans un espace de Banach. Le taux de décroissance optimal du système est calculé pour le modèle avec diffusion. On prouve la stabilité exponentielle dans l’espace Lp pour le modèle sans diffusion. Le taux de décroissance n’est pas encore explicité dans ce dernier cas.

This manuscript deals with a specific engineering application involving hybrid dynamical systems : secure communications and cryptography. The work is motivated by the following facts. The considerable progress in communication technology during the last decades has led to an increasing need for security in information exchanges. In this context, cryptography plays a major role as information is mostly conveyed through public networks. Among a wide variety of cryptographic techniques, stream ciphers are of special interest for high speed encryption. They are mainly based on generators of complex sequences in the form of dynamical systems, which must be synchronized at the transmitter and receiver sides. The aim of this work is threefold. First, the interest of resorting to hybrid dynamical systems for the design of cryptographic primitives is motivated. Secondly, a connection between chaotic and conventional cryptography is brought out by comparing the respective algorithms proposed in the open literature. The investigation focuses on structural consideration. Control theoretical concepts, in particular left invertibility and flatness, are the central tools to this end. It is shown that the so-called message-embedding technique, consisting in injecting the information to be concealed into a dynamical system, is the most relevant technique. Furthermore, it is shown that, under the flatness condition, the resulting cipher acts as a self-synchronizing stream cipher. Finally, cryptanalytic methodologies for assessing the security of the message-embedded cryptosystem involving a special class of hybrid systems, namely the switched linear systems, are proposed. Again concepts borrowed from control theory, namely identifiability and identification, are considered. Specificities related to the context are taken into account. The variables describing the dynamical systems do not take values in a continuum unlike what usually happens in automatic control when physical models are considered. They rather take values in finite cardinality sets, especially finite fields, since an implementation in finite state machines, say computers or digital electronic devices, is expected.; La thèse traite de l'utilisation des systèmes hybrides dans le contexte particulier des communications sécurisées et de la cryptographie. Ce travail est motivé par les faits suivants. L'essor considérable des communications qui a marqué ces dernières décennies nécessite des besoins croissants en terme de sécurité des échanges et de protection de l'information. Dans ce contexte, la cryptographie joue un rôle central puisque les informations transitent la plupart du temps au travers de canaux publics. Parmi les nombreuses techniques de chiffrement existants, le chiffrement par flot se distingue tout particulièrement lorsqu'on le débit d'une communication sécurisée est privilégié. Les chiffreurs par flot sont construits à partir de générateurs de séquences complexes décrits par des systèmes dynamiques et devant être synchronisés de part et d'autre du canal d'échanges. Les objectifs et les résultats de ce travail se déclinent en trois points. Tout d'abord, l'intérêt d'utiliser des systèmes hybrides en tant que primitives cryptographiques est motivé. Par la suite, une étude comparative est menée afin d'établir une connexion entre les algorithmes de masquage de l'information basés sur le chaos et les algorithmes de chiffrement usuels. L'étude porte exclusivement sur des considérations structurelles et repose sur des concepts de la théorie du contrôle, en particulier l'inversibilité à gauche et la platitude. On montre que la technique de masquage dite par inclusion, qui consiste à injecter l'information à protéger dans une dynamique complexe, est la plus efficace. De plus, on montre que sous la condition de platitude, un système de masquage par inclusion est structurellement équivalent à un chiffreur par flot particulier appelé auto-synchronisant. Enfin, des méthodes de cryptanalyse pour évaluer la sécurité du masquage par inclusion sont proposées pour une classe particulières de systèmes hybrides à savoir les systèmes linéaires à commutations. A nouveau, des concepts de la théorie du contrôle sont utilisés, il s'agit de l'identifiabilité paramétrique et des algorithmes d'identification. Des spécificités relatives au contexte particulier de la cryptographie sont prises en compte. En effet, contrairement à la plupart des cas rencontrés dans le domaine du contrôle où les variables des modèles dynamiques sont continues car relatives à des systèmes physiques, les variables prennent ici des valeurs discrètes. Les modèles dynamiques sont en effet décrits non plus dans le corps des réels mais dans des corps finis en vue d'une implémentation sur des machines à états finis tels ordinateur ou tout autre dispositif numérique.

This work deals with limit cycle control for one particular class of hybrid dynamical systems (HDS) : The cyclic switched systems. The HDS were born because the traditional dynamical models were not able to describe complex behaviors and most of all, behaviors with discontinuities. From an application point of view, one important class of HDS depicts a cyclic behavior in steady state. The main characteristic of these systems is that the operation point cannot be maintained : It does not exist a control that maintains the system on a desired operation point. However, this point can be obtained in average by turning into its neighborhood. Thus, a cycle is produced by switching among the system modes. A switched control law must satisfy stability and dynamic performance. Moreover, criteria related to the waveform must be verified. Nowadays, few methods take into account the cyclic behavior of the system. In this research, some generic methods are studied. They show good performance for controlling the cyclic switched systems. The proposed algorithms can be implemented in real-time. The approaches are based on an affine non-linear model of the system whose control explicitly appears. Two control methods are considered : i) A predictive control, ii) An optimal control. Since the predictive control is a good choice for tracking, it will be able to maintain the system in a cycle. The optimal control yields solutions that can be applied to the transients. Some experiments with both control methods applied to the power converters are shown. These tests were carried out not only in our laboratory (CRAN), but also in other laboratories as part of the HYCON excellence network., Cette thèse s'intéresse au pilotage des cycles limites pour une classe particulière de systèmes hybrides (SDH) : les systèmes commutés cycliques. La thématique des SDH est née du constat d'insuffisance des modèles dynamiques classiques pour décrire les comportements lorsque des aspects évènementiels interviennent. Une classe particulièrement importante de SDH est formée par celle qui présente un régime permanent cyclique. Ces systèmes ont des points de fonctionnement non auto-maintenables : il n'existe pas de commande qui maintienne le système sur ce point. Le maintien n'est assuré qu'en valeur moyenne, en effectuant un cycle dans un voisinage du point par commutation des sous systèmes. L'établissement d'une loi de commutation pour cette classe de systèmes doit répondre aux objectifs de stabilité et de performance dynamique, mais doit également garantir la satisfaction de critères liés à la forme d'onde. A l'heure actuelle, peu de méthodes de commande prennent en compte le caractère cyclique du système. Les travaux de cette thèse ont pour objectif de développer des méthodes génériques et robustes pour piloter cette classe de systèmes. Les algorithmes proposés doivent également pouvoir être implémenté en temps réels. On modélise le système comme un système non - linéaire affine en la commande dont la loi de commande apparait dans le modèle. Ce type de modélisation permet d'envisager deux types de synthèse : l'une à base de commande prédictive et l'autre à base de commande optimale. Ce travail est validé par une partie applicative sur des manipulations dans le CRAN et dans des laboratoires du réseau d'excellence européenne HYCON dans le cadre duquel s'est déroulé cette étude.

This work deals with the design of photochromic nanoobjects (nanolayers, nanoparticles) and with new approaches to detect and enhance photoswitching. Nanoparticles have been obtained by laser ablation technique. Their photochromic properties have been demonstrated in colloidal solution using conventional absorption spectroscopy and at the single particle level using dark-field scattering microscopy. These nanoparticles exhibits quantum yields which are different from those determined in the solution and the solid state. In order to compare these quantum yields, a home-made software have been used for the solid state. Hybrid nanoscale layers with gold nanoparticles and photochromic compounds have been obtained by vacuum deposition technique of diarylethene on gold covered substrate. A reversible shift of the plasmon band induced by the photochromic reaction is correlated to calculation based on Mie formalism. The switchable plasmon shift is particularly interesting in order to allow detection at very low level. Besides, the enhancement of the electromagnetic field has induced the acceleration of the photochromic reaction to the colorless form, thus demonstrating the interest of these hybrid materials for data storage.; Ce travail présente d'une part la fabrication d'entités nanométriques (nanocouches, nanoparticules) photochromes et d'autre part les méthodes de détection ou d'amplification de leur commutation. Des nanoparticules de diaryléthène ont été obtenues par fragmentation laser. Leur caractère photochrome en solution colloïdale a été mis en évidence par des mesures d'ensemble en spectroscopie d'absorption, mais également au niveau de la particule unique par la spectroscopie de diffusion en champ sombre. Ces nanoparticules ont montré des propriétés différentes de celles en solution et de celles à l'état solide illustrées par des rendements quantiques différents. Pour comparer les rendements quantiques des différents états, une méthode numérique a été mise au point pour l'étude à l'état solide. L'obtention de systèmes hybrides par dépôt de couches minces de photochromes sur des substrats recouverts de nanoparticules d'or a permis de mettre en évidence une nouvelle approche pour détecter la photocommutation aux petites échelles. Cette commutation du photochrome provoque un déplacement intense et réversible en longueur d'onde de la bande des plasmons de surface localisée (PLS) des nanoparticules d'or. Cette observation est corrélée à des calculs basés sur le formalisme de Mie. De plus, l'exaltation du champ électromagnétique par excitation des PLS a permis d'accélérer la réaction photochrome dans le sens de la décoloration, renforçant l'intérêt de ces matériaux hybrides pour le stockage de données.

This work deals with the design of photochromic nanoobjects (nanolayers, nanoparticles) and with new approaches to detect and enhance photoswitching. Nanoparticles have been obtained by laser ablation technique. Their photochromic properties have been demonstrated in colloidal solution using conventional absorption spectroscopy and at the single particle level using dark-field scattering microscopy. These nanoparticles exhibits quantum yields which are different from those determined in the solution and the solid state. In order to compare these quantum yields, a home-made software have been used for the solid state. Hybrid nanoscale layers with gold nanoparticles and photochromic compounds have been obtained by vacuum deposition technique of diarylethene on gold covered substrate. A reversible shift of the plasmon band induced by the photochromic reaction is correlated to calculation based on Mie formalism. The switchable plasmon shift is particularly interesting in order to allow detection at very low level. Besides, the enhancement of the electromagnetic field has induced the acceleration of the photochromic reaction to the colorless form, thus demonstrating the interest of these hybrid materials for data storage.; Ce travail présente d'une part la fabrication d'entités nanométriques (nanocouches, nanoparticules) photochromes et d'autre part les méthodes de détection ou d'amplification de leur commutation. Des nanoparticules de diaryléthène ont été obtenues par fragmentation laser. Leur caractère photochrome en solution colloïdale a été mis en évidence par des mesures d'ensemble en spectroscopie d'absorption, mais également au niveau de la particule unique par la spectroscopie de diffusion en champ sombre. Ces nanoparticules ont montré des propriétés différentes de celles en solution et de celles à l'état solide illustrées par des rendements quantiques différents. Pour comparer les rendements quantiques des différents états, une méthode numérique a été mise au point pour l'étude à l'état solide. L'obtention de systèmes hybrides par dépôt de couches minces de photochromes sur des substrats recouverts de nanoparticules d'or a permis de mettre en évidence une nouvelle approche pour détecter la photocommutation aux petites échelles. Cette commutation du photochrome provoque un déplacement intense et réversible en longueur d'onde de la bande des plasmons de surface localisée (PLS) des nanoparticules d'or. Cette observation est corrélée à des calculs basés sur le formalisme de Mie. De plus, l'exaltation du champ électromagnétique par excitation des PLS a permis d'accélérer la réaction photochrome dans le sens de la décoloration, renforçant l'intérêt de ces matériaux hybrides pour le stockage de données.

Face au défi énergétique actuel, les systèmes hybrides à énergie renouvelable apparaissent comme une solution potentielle pour la production d'électricité. Cependant, de nombreux verrous, comme par exemple le coût, l'intermittence de l'énergie produite ou encore la fiabilité de ces systèmes, empêchent le recours massif à l'utilisation de telles solutions. Afin de les surmonter, des solutions doivent être apportées aux deux problématiques majeures de ces systèmes que sont le dimensionnement optimal et la gestion de l'énergie. Cette thèse propose donc des solutions pour chacune de ces deux thématiques. La première partie de ce mémoire définit ces deux problématiques. Puis, avant de proposer certaines voies d'améliorations, les solutions déjà apportées sont analysées en soulignant leurs intérêts mais aussi leurs limites. La seconde partie détaille la solution apportée pour le dimensionnement optimal, en s'appuyant sur un système composé d'un générateur photovoltaïque (PV), de batteries et d'une pile à combustible (PàC). La solution repose sur l'utilisation d'une fonction de coût, d'un modèle énergétique permettant d'évaluer les contraintes subies par les composants et d'un algorithme génétique pour l'optimisation. A partir de deux cas d'études, les résultats d'optimisation sont donnés et l'intérêt du couplage PV-PàC est analysé. Les deux dernières parties présentent l'application du principe des systèmes multi-agents (SMA) pour la gestion d'énergie d'un système multi-sources. Le chapitre 3 expose l'intérêt de cette méthode et détaille sa mise en oeuvre. Ensuite, la création d'un modèle de simulation du système permet de valider le principe imaginé. Enfin, le dernier chapitre présente les résultats expérimentaux obtenus à partir d'un système composé de super-condensateurs, d'une batterie, d'un PV et du réseau. Pour la première fois, ces résultats montrent expérimentalement le fonctionnement d'un SMA pour la gestion d'énergie.